第14讲纹理及纹理映射

1、第14讲 纹理及纹理映射 解决计算机生成真实感图象缺乏现实物体表面细节的问题真实感图形学纹理及纹理映射n用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实n现实物体表面有各种表面细节纹理n木材表面的木纹n建筑物墙壁上的装饰图案n桔子皮表面的皱纹n一般地讲，利用纹理映射可以在不增加场景描述复杂度，不显著增加计算量的前提下，大幅度地提高图形的真实感。纹理及纹理映射纹理及纹理映射n纹理概述n二维纹理域的映射n三维纹理域的映射n几何纹理n目前技术状况纹理概述颜颜色纹理色纹理纹理概述纹理概述n纹理的分类颜色纹理颜色纹理通过颜色色彩或明暗度的变化体现出来的表面细节。如桌面的木纹、墙壁上的

2、装饰图案等。纹理概述是指基于景物表面微观几何形状的表面纹理，如桔子、树干、岩石、山脉等表面呈现的凹凸不平的纹理细节。纹理概述表现了各种规则或不规则的动态变化的自然景象，如水波、云、火、烟雾等。纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述n因此纹理映射本质上是从一个坐标系到另一个坐因此纹理映射本质上是从一个坐标系到另一个坐标系的变换标系的变换纹理概述n离散法定义n连续函数法定义n参数法定义纹理概述纹理概述n离散法定义：离散法定义：n用离散法定义纹理较为常用，它将纹理图象数据定义在一个二维数组中，这个数组可以是各种图形或图象。n用这种方法定义的纹理，方法灵活，修改也方便

3、，比较适合于交互式系统的纹理映射显示。纹理概述n连续函数法定义：连续函数法定义： 任何定义在二维空间（u0,1,v0,1）的函数均可作为纹理函数。 实际应用中常采用一些特殊函数。纹理概述n参数法定义：参数法定义：n用一些参数定义纹理模型，纹理模型可以用文本性文件描述，尤其适合于对构成一个场景的各景物定义各自的纹理模型，例如室内布置中对沙发定义呢质纹理、对家具定义木纹纹理、对地面定义大理石纹理等等。n纹理使用时，由一个通用的解释程序（它再分别调用相应的过程）对纹理先解释再映射（因此也可以称为过程式纹理定义）。纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述纹理概述二维纹理域的映射二维纹理域的映射纹理定义域纹理定

4、义域物体表面物体表面 映射函数要解决的问题，就是在物体表面的参数空间映射函数要解决的问题，就是在物体表面的参数空间 和纹理空间（和纹理空间（u，v）之间建立映射关系）之间建立映射关系 二维纹理域的映射地板与墙都是经过二维图象纹理映射后的平面二维纹理域的映射映射方式映射方式n三维物体每一个点三维物体每一个点(x,y,z)(x,y,z)均有一个纹理值均有一个纹理值t(x,y,z)t(x,y,z)，那么物体空间就可以映射到一，那么物体空间就可以映射到一个三维纹理空间上了三维纹理域映射个三维纹理空间上了三维纹理域映射三维纹理域的映射n纹理空间定义在三维空间上，与物体空间是同维的n把场景中的物体变换到纹

5、理空间的局部坐标系中去n通过物体空间坐标(x,y,z)来计算纹理坐标(u,v,w)三维纹理域的映射三维纹理例子几何纹理几何纹理n几何纹理模拟常用的方法大致分为两种，n一种是对景物模型进行扰动，即以纹理值作用到物体表面的法向量上影响纹理图案，产生凹凸纹理；n另一种是所谓的算法模型，即引入随机变量，通过递归模式对不规则景物几何纹理进行模拟，如分形纹理方法。几何纹理几何纹理几何纹理nMipmap(分级细化映射）技术nEnvironment Mapping（环境映射）技术nBump Mapping（凹凸映射）技术目前技术状况n提出：纹理的清晰度直接影响着图像的真实感，要想使3D画面更加精细就必须使用更

6、高分辨率的纹理贴图。微机在进行3D纹理贴图处理时，要先将纹理数据读入显存，所以高分辨率的纹理贴图将需要更多的显存，因此显存容量成为制约纹理精度的主要因素 。n解决方法：1.纹理压缩 2. Mip映射技术Mip映射技术n思想：n通过为同一几何模型提供多种解析度的纹理，并随着距离变化作相应更换，避免在超出人眼感知能力的视距上使用过于精细的贴图，以降低系统资源浪费Mip映射技术n方法：是将原纹理缩小。为了计算的简便,通常是将原纹理按2的幂次方不断的缩小。Mip映射技术nMip映射的不足：n一般为了减少纹理所占的存储空间，我们只能对原纹理进行有限次的分级，然而多边形与观察者之间的距离却有无数种情况。n

7、解决方法：n双线性过滤和三线性过滤。 Mip映射技术nDeveloped by Blinn and Newell (1976)nReflecting the surroundings on an objectnSimply map the environment array onto an object in relationship to the viewing direction.nIt is a fast approximation of the accurate global-illumination rendering techniques.环境映射Cube mapping, sph

8、erical mapping, parabolic mapping环境映射n颜色纹理只能处理颜色，所生成的物体表面仍然是光滑的。n在纹理映射基础上提出的Bump Mapping方法是一种模拟物体表面粗糙纹理的技术，可以不用对物体的粗糙表面在几何上进行建模就可以改善物体表面的微观结构，如大理石纹理表面雕刻的文字、混凝土墙面等效果。此外，更高级的真实感图形效果如人脸上流淌的汗水也可以通过随时间变化的Bump mapping来模拟。凹凸映射nEmboss Mapping（浮雕贴图）nEnvironment Mapped Bump Mapping (EMBM)环境映射凹凸贴图凹凸映射nEmboss（浮

9、雕式凹凸贴图）使用一高度图形材质, 该材质的每一个像素用来表达表面凹凸高度。这种材质通过光源转换为一个或者多个像素，产生凹凸贴图。这种凹凸贴图结合基本的贴图产生最后的效果。凹凸映射缺点：1.这种浮雕贴图效果的逼真程度十分有限，难以显示细微的棱角处的反光效果和复杂的多环境光源效果，也无法表现水波和气流等特殊效果。2. 难以表现光滑的、明亮的或者反射的表面，比如金属，规则表面或者液体就不行了。3.缺乏实时改变表面高度的灵活性。凹凸映射n环境映射凸凹贴图在计算一个3D场景时，把一个纹理（环境映射）映射到另一个纹理（基本纹理）上。n环境映射包含反射和其它多种效果如光源和雾化。这个经过加工的纹理映射包含

10、了材质。当使用到凹凸映射的时候，第三个贴图（凹凸映射）贴到环境映射的那份贴图上。n这个方法非常有效，因为凹凸映射为每一个多边形生成大量的纹理像素的信息，因此渲染出来的效果更为真实和漂亮。凹凸映射1.基本纹理 Base texture 2.块映射 Bump map3.环境映射Environment map凹凸映射n优点：环境映射凸凹贴图可以更精确地建立光照、阴影与表面高度之间的映射关系，从而逼真地模拟了真实环境中的凸凹效果。甚至能生成以假乱真的水波纹效果。 凹凸映射 环境凹凸映射处理的图形凹凸映射凹凸映射n缺点：1.要求用特殊格式的材质用于凹凸贴图。2.需要一个独立的环境贴图来完成倒影效果。凹凸

11、映射n纹理映射技术是近年来发展最快的3D技术，它已成为大家公认最能衡量3D图像质量的技术标准。 n各种图形标准都提供了对纹理映射的支持。如：openGL、DirectX6.0等。n光场映射技术 （由Intel 公司提出），可能会替代现在的纹理映射技术。这种技术能够根据不同的视角模拟光线反射物体的方式，从而生成更逼真的三维图形。 发展前景练习题n选择题n1 通过（）技术，我们将2D图像数据映射到3D图元上，以增强场景的真实感。 A 纹理映射 B 模板 C 光照 D混合n2当观察光照下的光滑物体表面时，在某个方向上看到高光或强光，这个现象为（ ） A 漫反射 B 镜面反射 C 环境光 D 折射n3要得到如右图示的效果，glBegin（）函数的类型参数可取为（ ） A GL_POLYGON B GL_LINES C GL_LINE_STRIP D GL_LINE_LOOP练习题n填空题n1 在设置了光源属性以后，必须打开光源才能使光源有效，启用光源，即调用函数_.n2 写