图形学渲染基础—纹理（Texture）

在计算机图形学中，纹理（Texture）是一种重要的视觉表现手段，用于给物体表面添加细节和质感。通过将纹理映射到物体表面，可以创造出更加真实、生动的场景。

一、纹理的基本概念

纹理可以看作是一种特殊的图像，它被映射到三维物体的表面，以增加其视觉效果的真实感。纹理本质上是一个二维数组，包含了不同颜色和透明度的像素值。这些像素值在纹理空间中按照一定的规则排列，形成了一张“纹理图”。这个纹理图随后被映射到三维物体的表面，以实现表面的细节和质感。

二、纹理的作用

1. 增加真实感：通过将纹理映射到物体表面，可以为场景添加更多的细节和质感，使得渲染出的图像更加真实。例如，可以将木材纹理映射到木质物体上，以模拟出木头的纹理和质感。
2. 减少模型复杂度：在一些情况下，为了减少计算量和提高渲染效率，可以使用纹理来代替复杂的模型细节。例如，可以使用贴图来模拟砖墙的纹理，而不需要使用复杂的几何模型来表现砖块的形状和排列。
3. 实现动态效果：通过使用程序纹理或视频纹理，可以在物体表面实现动态的效果。例如，可以使用程序纹理来模拟水面波纹、火焰等动态效果。

三、纹理的映射方式

纹理映射的主要方式包括：

1. 平面映射（Planar Mapping）：将纹理直接映射到一个平面物体上，适用于规则的几何形状。
2. 圆柱映射（Cylindrical Mapping）：将纹理映射到一个圆柱体上，适用于管道、圆筒等物体。
3. 球形映射（Spherical Mapping）：将纹理映射到一个球体上，适用于球形物体。
4. 立方体映射（Cube-Map Mapping）：将六个面的纹理映射到一个立方体上，适用于天空盒、反射等效果。
5. 投影映射（Projection Mapping）：将纹理按照一定的投影方式映射到三维物体上，适用于复杂表面的细节表现。

四、纹理的加载和显示

在渲染过程中，需要将纹理加载到内存中，并将其显示在屏幕上。为了实现这一目标，需要使用纹理加载器和渲染器。纹理加载器负责从文件系统中读取纹理数据并将其转换为渲染器可以使用的格式。渲染器则负责将纹理数据应用到场景中的物体表面，并最终将图像显示在屏幕上。

五、纹理的优缺点

1. 优点：

• 可以增加场景的真实感；
• 可以减少模型复杂度；
• 可以实现动态效果。

1. 缺点：

• 可能会增加内存占用；
• 需要考虑纹理的加载和卸载时间；
• 对于复杂表面的物体，需要使用较为复杂的纹理映射技术。