这篇文章是我们有关渲染系列的第三篇。在上篇文章中我们介绍了shaders（着色器）和textures（纹理贴图）。我们演示了如何使用单张纹理贴图对地面进行处理。现在我们来讲下更为高级的多纹理贴图。PS:该教材运行版本为5.4.0b15。

多纹理贴图混合

1纹理细节

纹理很好用，但是它也有局限性。纹理的总像素是固定不变的，不论它已何种尺寸显示。当渲染较小尺寸的时候，我们可以使用mipmaps（分级纹理）的方式让渲染看起来好一点。但是如果渲染像素尺寸大于纹理本身，它将变得模糊。因为我们不能凭空制造细节。那应该如何解决呢？当然，我们可以使用更大的纹理。更多的像素意味着更多的细节。但是纹理的大小总有个限度。与此同时这种方式是以浪费资源为前提而带来很小的效果提升。另外的一种方法就是增加高像素瓦片贴图。你需要多小就可以制作多小，只不过你得到的将是一张重复的纹理贴图。但是这么做效果也比较一般。当你的鼻子贴着墙看的时候，你就只能看到墙上的小方块。所以我们要将瓦片纹理和非瓦片纹理进行混合。这里我们试着使用对比度大的纹理。这是我们使用带小波纹的网格。把它抓取到我们的项目中，使用默认导入设置。我将网格之间的分割线调成黑色，这样我们就能更清晰的区分瓦片。

轻微扭曲的网格纹理

复制MyFirstShaders然后将其重命名为TexturedWithDetail（带细节纹理贴图）,现在我们开始使用者个Shader。

使用新的Shader创建一个material（材质），然后把网格材质赋给它。

带网格的细节材质

我们将材质引用到一个方块上看看，从远处看还不错，但是靠近一点你就会发现方块变的模糊不清。缺乏细节和纹理压缩似的它表现的更明显。

靠近格子，低像素纹理和DT1压缩下的效果

1.1多纹理例子

现在我们来说个简单纹理的例子，并把它的结果用到我们的fragmentshader（片段渲染器）。使用这种方式，我们可以很方便的将简单的颜色存储到变量中。

我们使用瓦片纹理来增加像素密度。让我来简单处理下第二个纹理例子，将原纹理按照原来的十倍进行平铺。实际上是替换原始的颜色，而不是进行添加。

这样我们就得到了一个小的多的网格。在它看起来模糊不清前你可以尽可能的靠近看它。当然因为它是不规则的格子，所以显示出了很明显的重复纹样。

硬编码瓦片纹理

我们实际上制作了两个纹理，但是最后只使用了一个，这看起来有些浪费不是吗？看看下面的vertexprograms(顶点着色器)，就像我们前一个章节介绍的，我把有关OpenGLCore和Direct3D11有关的代码进行整合。

你有没有发现代码里只有一个纹理例子？是的，编译器为我们移除了不必要的代码！编译器在保证最终结果相同的情况下，将所有未使用的内容都丢弃了。当然，我们并不想替换到原来的例子。我们希望合并两个例子。让我们把它们乘起来。我们需要再一次添加一个扭曲。我们在相同UV坐标的情况下，进行两次采样。

这个shader编译器又做了什么呢？

我们再一次得到了一个纹理样本。编译器检查了重复代码并对其进行了优化。所以纹理只采样了一次。其结果被存储到一个寄存器中被复用。哪怕你使用了中间变量，编译器也能足够聪明的将其发现。它追踪到一切输入数据的源头，尽可能高效的组织它们。

现在我们将x10UV坐标的图放到第二个采样中，我们就最终的得到了大小两个格子的混合。

将两张不同的瓦片纹理进行乘法混合

作为纹理样本它们不再相同,编译器不得不使用同时使用他们两个。

1.2分离细节纹理

当两个纹理想乘的时候，纹理会变得更暗。除非至少一个纹理是白色的。因为每一个像素的色值在0到1之间。当添加一个细节纹理的时候，你可以将它变暗或者变亮。

将纹理变量，我们需要一个比1大的值。我们假设它是2，一个比原来颜色大两倍的值。你可以在乘上细节纹理之前将值乘以2。

双倍细节

这种方法重新调整了我们使用的纹理细节。乘以1不会带来任何变化。但是两倍的细节采样，现在变成了1/2。这意味着填充变成了灰色而不是白色。纹理不会产生变化。所有值小于1/2都会变暗，所有值大于1/2都会变亮。所以我们需要一张特殊的细节纹理，这张纹理中间围绕着灰色。这里就有一张这样的纹理。

格子细节纹理

所有的细节纹理都是灰度图吗？

他们不必都是灰度图，但是同来说是这样的。灰度图能够准确调节原始样本的明暗值。操作起来也很简单。乘以一个非灰色的值会让结果变的不直观。但是没有人会阻止你这么做。这么做的结过会带来些颜色的变化和偏移。使用分离采样，我们必须添加第二个纹理属性值到我们的shader中。使用默认的灰色，这样不会改变主纹理的外观。

将纹理设置到我们的材质中，并把Tilling设置成10.

两个纹理

当然我们还需要一些变量让我们能够访问detailtextures（细节纹理），tilling（平铺值）和offsetdata（偏移数据）。

1.3使用两对UV

为了取代硬编码乘以10的方法，我们需要设置细节纹理的tiling（平铺值）和offsetdata（偏移值）。我们可以像主UV那样在vertexprogram（顶点程序）计算最终的细节UV。这就意味着我们需要额外导入一对UV。

新的细节UV是由原始的细节UV经过tiling和offset变换后产生的。

要注意的是都定义在了顶点程序代码中。和你的预期一样，OpenGLCore使用了vs_TEXCOORD0和vs_TEXCOORD1。与之形成对比的是，Direct3D11使用o1这一单一的输出。对于如何解释这些输出提交代码我通常在代码中省略了。

//Outputsignature:////NameIndexMaskRegisterSysValueFormatUsed//------------------------------------------------------------//SV_POSITION0xyzw0POSfloatxyzw//TEXCOORD0xy1NONEfloatxy//TEXCOORD1zw1NONEfloatzw这就意味着需要把两个UV输出包装到一个寄存器中。第一部分存放在x和y通道中，第二部分存放在z和w通道中。这实际上是可行的，因为寄存器总是可以存放4个数值。在Direct3D中就是这样实现的。

你可以自己手动打包输出吗？

当然可以，你可以输出任何你想要的结果。包装单独的四个逻辑关系分离的数值到一个输出包中。较少输出能够改善你shader的性能，如果插值确实是这里的性能瓶颈所在的话。通常情况下打包输出是因为只有少量的插值可以使用。在ShaderModel2的硬件支持8个通用插值器，ShaderModel3的硬件支持10个。复杂的Shader需要考虑如何运行在这些情况下。现在我们可以在fragmentprogram使用扩展的UV对了。

现在我们的shader具备了完整的功能。主纹理在细节纹理的基础上变得根据亮暗分明。

明暗清晰

1.4淡化细节

添加细节的方法能够改进当我们靠近和放大时候的问题。但是不支持缩小或者在远处查看，因为这样做会使得瓦片很突出。所以当要显示小尺寸的时候我们需要一种方式来淡化细节纹理。我们可以淡化灰色的细节纹理，这样的结果是颜色并不会改变。在此之前我们已经这么做过了！我们需要的就是在细节纹理导入设置的时候将FadeoutMipMaps选项勾上。需要注意的勾选之后会自动将filtermode装换成trilinear模式。这样灰度就会循序渐进变化了。

淡化细节

网格让纹理细节的变换并不是十分的明显，但是我们通常也不会注意到它。例如，这里我们的主要细节纹理只一张大理石的材质。将他们用相同的方式导入我们要用的网格中。

大理石纹理

一旦我们的材质使用了这个纹理，细节纹理的变化就不再明显。

大理石材质

然而我们需要感谢细节纹理，当靠近时大理石材质表现的很好。

靠近时没有细节纹理的情况

1.5线性颜色空间

在伽马颜色空间我们的shader工作的很好，但是当我们切换到线性颜色空间的时候就出现了问题。使用哪个颜色空间是在项目里设置的。我们可以在Edit/ProjectSettings/Player设置playersettings，在OtherSettings面板中对其进行配置。

选择颜色空间

什么是伽马空间？

伽马空间根据伽马值校正颜色。伽马校正是通过修改光线的强度。这是最简单的一种提升原采样值的方式，设置伽马值。伽马值为1表示没有变化。伽马值为2表示为原来值的两倍。这种转回最初引入是为了使用CRT显示器。另一个好处是它刚好对应了我们眼睛所适合的光线强度。我们眼睛分辨暗的颜色比分辨明亮的颜色更为敏感。所以相对于亮色，我们更倾向于让显示器产生暗色。取幂的方式允许我们这样取值，拉伸低值，挤压高值。使用最多的颜色模式为sRGB。他使用的公式比取幂更为复杂，它存储的颜色平均值为1/2.2。在多数情况下这是一个合理的平局值。使用伽马2.2可以把颜色转换为原始值。

使用伽马1/2.2编码，使用伽马2.2解码

假设Unity使用sRGB存储纹理和颜色。当在伽马空间渲染时，shaders直接访问原始颜色和纹理数据。这是没有问题的。当在线性空间渲染时，这就不正确了。GPU会将纹理采样装换到线性空间。同时，Unity将材质颜色变量转换到线性空间。这是shader操作线性空间颜色。在这之后，fragmentprogram将会把输出的值转换回伽马空间。使用线性颜色的优点是光照计算更加真实。因为光线在现实中是线性的，而不是指数的。不幸的是，这回打乱我们的细节纹理。转换成线性空间之后，颜色变得跟暗了，为什么会产生这种效果？

伽马空间vs.线性空间

因为在我们进行两次采样的时候，1/2值的结果在主纹理中没有发生改变。然而，在转换为线性空间的时候这些值变成了?2.2≈0.22，两次之后为0.44。值就变得远小于1.这也就解释了为什么变暗。我们可以使用绕过sRGB采样详细纹理导入设置。这样当伽马空间转变为线性空间时，shader总是访问原始的图片数据。然而，细节纹理还是一个sRGB图片，所以得到的结果还是错误的。最好的方法是重新调整颜色细节，让他们的值出于1的附近。通过1/?2.2≈4.59,代替2.但是只有当我们渲染线性空间时才这么做。幸运的是，UnityCG中定义了一个统一的变量用于存储这个需要乘上的值。这是一个floast4类型的rgb分量，本别表示2或者约等于4.59.在伽马空里因为没有alpha通道，所以它总是2.

color*=tex2D(_DetailTex,i.uvDetail)*unity_ColorSpaceDouble;

修改这个值之后，我们的细节材质在任何颜色空间渲染的效果就都是一样的了。2TextureSplatting使用细节纹理的显示是整个表面都使用一个纹理。像大理石这种平整的表面它工作的很好。然而如果你的材质不是平整的，你就无法在所有的地方使用相同的细节纹理。考虑到一个大的地形。里面可能包含了草地，沙土，石头，雪等等。你希望这些类型尽量的接近。但是使用一个纹理覆盖整个地形，像素肯定是不够的。你可以通过使用不同的纹理在不同类型的表面，然后平铺它们。但是你怎么知道什么时候使用什么纹理呢？我们假设有一个地形里有两种不同的表面类型。每一个点我们都必须选择使用何种表面纹理。第一种或者第二种。我们可以用一个布尔值表示他们。如果是ture的时候，我们使用第一种材质，否则使用第二种。我们可以使用一个灰度纹理来存储这些信息。1代表第一种材质，0代表第二种材质。实际上我们可以使用线性插值表示两种材质之间的情况。使用0和1之间的的值代表混合纹理。用它来平滑过渡。像这样的纹理我们称之为splatmap。如你所见，就像地形投影泼洒在一张画布上一样。因为它是插值的，所以这种地图不需要很高的分辨率。这里有一个样张。

二进制splatmap

将其添加入你的工作，修改导入设置。允许BypasssRGBSampling，这样它就能在线性空间中生成使用。这是必须的，因为他的纹理并不是sRGB，当需要选上。所以它不需要在线性空间里进行转换。同时设置WrapMode为clamp，我们并不会平铺这张地图。

导入设置

复制MyFirstShader，并将其重命名为TexturesSplatting。因为地形并不是统一的，所以我们需要去掉一些功能。

创建一个新的材质使用这个shader，设置splatmap为主材质。因为我们还没有改变shader，所以看起来还是原来的样子。

显示splatmap

2.1添加纹理

为了能够选择两个纹理，我们需要在我们的shader中添加两个变量，我们将它们命名为Textures1和Texture2。

你可以使用任何你所希望的纹理，这里我使用了我们已经有的格子和大理石纹理。

添加两个纹理

当然我们可以调整到如shader的每个材质的偏移和平铺值。我们确实可以同时设置纹理的属性，但是这会使得有更多的顶点数据通过fragmentshader，或者计算UV在shader中调整像素。这样很好，但是一般地形的瓦片纹理都一样。但是splatmap并不都是平铺的。所以我们需要一个实例控制偏移和平铺值。你可以在shader中添加变量，就像在C#中一样。属性NoScaleOffset顾名思义，它是吧tiling和offset当做scale和offset。这并不是统一的命名。添加属性到我们的临时纹理中，然后保持当前的偏移和平铺值在主纹理的输入值。

这么做的目的是控制偏移值和平铺值显示在我们shader检视面板的顶部。一会儿我们会使用splatmap，把它应用到其他纹理。让我们把平铺值设为4.

没有额外的偏移和平铺控制

现在我们要添加一个采样器变量到我们的shader代码中。但是我们不需要添加他们对应的_ST变量。

通过检查，我们确实可以这样进行纹理采样，修改fragmentshader把它们添加在一起。

两个纹理叠加

2.2使用splatmap

使用splatmap采样，我们需要略过从vertexprogram到fragmentprogram中UV没有修改的值。

我们可以在其它纹理之前采样splatmap。

我们使用1代表纹理1.由于我们的splatmap是无色的。我们可以使用任意的RGB通道还原它的值。让我们这里使用R通道，并把它乘上纹理。

returntex2D(_Texture1,i.uv)*splat.r+tex2D(_Texture2,i.uv);

调整第一个纹理

第一个纹理已经通过splatmap调整完成。完成插值，我们需要把其他纹理乘上1-R。

returntex2D(_Texture1,i.uv)*splat.r+tex2D(_Texture2,i.uv)*(1-splat.r);

调整所有的其他纹理

2.3RGBSplatMap

我们有了一个功能完整的splat材质，但是它只支持两种纹理。我们能不能支持更多呢？我们只使用了R通道，如果我们继续使用G和B通道呢？（1，0，0）代表第一种材质，（0，1，0）代表第二种材质，（0，0，1）代表第三种材质。为了在这三个之间得到正常的插值，我们只需要保证RGB通道的值总是加上1.但是等等，当我们使用一个通道的时候，我们能支持两种纹理。这是因为第二个纹理的权值是通过1-R得到的。这种方法适用于任何通道。那么可以通过1-R-G-B的方式支持其他纹理。这导致了splatmap有三种颜色，和黑色。只要三个通道的值加起来不超过1，就是有效的map。这里又一个这样的map，抓取它，使用和之前一样的导入设置。

RGBsplatmap

当什么时候回发生R+G+B超过1？

当前三个纹理合并的时候过于强烈。与此同时第四个纹理本应该是加上，然而去用减去代替。如果变化很小，你会很难察觉到结果并不是很好。实际上RGBmap并不是十分的完美，只是你没有察觉。纹理压缩会导致更多的错误，但是同样的，这些也是很难察觉到的。

我们能够使用alpha通道吗？

当然可以，这也意味着单独的一个RGBAsplatmap就可以支持5种不同的地形类型，但是这个系列教程4个已经足够了。如果你想要使用多余5个的地形，你可以使用多个splatmap。这是可行的，到会后你会得到多个的纹理采样。但是我们有更好的解决方案，比如纹理数组。为了支持RGBsplatmap，我们需要添加二位的两个问道变量到我们的shader中。这里我使用了大理石纹理和之前的测试纹理。

四个纹理

添加必要的变量到shader中，这里同样不需要额外的_ST变量。

sampler2D_Texture1,_Texture2,_Texture3,_Texture4;

在fragmentprogram（片段着色器）里我们需要添加额外的纹理采样。第二个采样现在使用的G通道，第三个采样纹理使用B通道。最后一个纹理使用（1-R-G-B）。

returntex2D(_Texture1,i.uv)*splat.r+tex2D(_Texture2,i.uv)*splat.g+tex2D(_Texture3,i.uv)*splat.b+tex2D(_Texture4,i.uv)*(1-splat.r-splat.g-splat.b);

四纹理地形

为什么地形混合后在线性空间里看起来不一样？

我们的splatmap使用bypassesSRGB的方式进行采样，所以混合方式应该是不依赖于颜色空间，对吗？splatmap确实不会受到影响，但是颜色空间在混合的时候就会发生变化。在伽马空间渲染的时候，样本在伽马空间进行混合。但是在线性空间渲染时，它先要转换到线性空间，然后混合，然后再转换回伽马空间。这样结果就会有一些变化。在线性空间里，线性混合是很好的。但是在伽马空间里，混合后会偏向较暗的颜色。现在我们知道了如实使用细节纹理以及如何使用splatmap混合多种纹理。当然我们也可以把这两种方法混合使用。你可以添加四个细节纹理到splatshader中，利用它们对地图进行混合。当然你需要额外的四个纹理，它们并不会凭空出现。你可以使用一张地图去哪些纹理什么时候显示，什么时候不显示。在这个例子中，你需要一张单色的地图作为功能遮罩。这在需要使用单一地形但是包含其他不同纹理的情况下十分有用，但并不适合大地形。例如，我们的大理石纹理中包含金属碎片，你并不希望这要处理大理石纹理。原文链接：







































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