计算机图形学 课件 第6章贴图

计算机图形学第六章贴图技术主要内容6.1缓存6.2映射方法6.3二维纹理映射6.4环境贴图6.5凹凸映射6.6融合技术6.1缓存

6.1缓存帧缓存（framebuffer）：在图形系统中，用于绘制任务的各种不同类型的缓存。这些缓存包括前端和后端颜色缓存、深度缓存以及图形硬件所提供的其他缓存，他们通常驻留在显卡上。帧缓存中的某个空间位置对应的k个比特位可用来表示：32位的RGBA颜色值；像素深度的整数值；或者用于设置掩码的二进制比特位。当处理帧缓存时，一般每次只处理其中的一个缓存6.1缓存

6.1缓存

6.2映射方法通常表面建模有两种方式:1、增加几何图元表示对象细节，然后绘制这些图元不真实，缺少对表面的复杂细节特征的处理；几何图元过多，可能使绘制流水线的负担过重。2、对象简单建模，在绘制过程中增加对象表面的细节(映射)即将纹理模式映射到物体表面上；通过在光栅化后的片元处理过程中，修改片元的亮度值获颜色值；适合流水线处理。6.2映射方法目前有三种主要的映射方法纹理映射(TextureMapping)：使用一个图案(或纹理)确定片元的颜色。这些图案:要么是一些具有固定样式的图案，如经常用于填充多边形的规则图案;要么是一些通过过程纹理生成方法得到的图案;还可以是一些通过数字化处理后得到的数字图像。6.2映射方法目前有三种主要的映射方法凹凸映射(BumpMaps)：在明暗处理过程中对法向量进行扰动，从而使表面形状看起来有微小的起伏变化。环境映射(EnvironmentMaps)&反射映射(reflectionmaps)：生成具有反射效果的图像，而不必跟踪反射光线，在这种情况下，当我们绘制对象表面的时候，把环境图像映射到这个表面上。6.2映射方法三种主要映射方法的共同点作为片元处理过程的一部分，所有这些方法都改变了单个片元的明暗值；所有方法都依赖于一维、二维或三维数字图像贴图；所有这些方法都降低了对象表面的几何复杂度，而生成的图像看起来像是复杂的几何对象。然而，所有这些方法都受走样误差的影响。6.3二维纹理映射看过武侠小说的应该都听说过“易容术”，将不同的“人皮子”贴在脸上，就可以易容成别人的模样。其实这就是一个简单的纹理映射的过程。6.3二维纹理映射纹理就是图案。纹理的形式很多，它可以是规则的图案，如条纹图案和棋盘图案，也可以是自然界的物质具有的复杂图案。6.3二维纹理映射

6.3二维纹理映射

6.3二维纹理映射虽然纹理映射的实现方法很多，但是它们都需要在三个或四个不同的坐标系中经过一系列的映射变换步骤。在纹理映射的各个步骤，需要用到以下的各种坐标：(1)屏幕坐标：最终生成的图像显示在这个坐标中；(2)对象坐标：需要把纹理映射到位于这个坐标中的几何对象的表面上；(3)纹理坐标：使用这个坐标表示纹理空间中的一个位置；(4)参数坐标：使用这个坐标定义曲面。根据使用的表面类型以及使用的绘制结构而选用不同的纹理映射方法。6.3二维纹理映射

6.3二维纹理映射对于表面使用参数表示的几何对象的纹理映射,如图所示，使用了两个同时进行的映射:第一个是从纹理坐标到对象坐标的映射,第二个是从参数坐标到对象坐标的映射。然后通过第三个映射把对象从对象坐标变换到屏幕坐标。6.3二维纹理映射面临的困难首先，必须确定从纹理坐标到对象坐标的映射函数。通常把一个二维纹理定义在纹理空间的一个矩形区域内。从这个矩形区域到三维空间中某个任意区域的映射或许是一个非常复杂的函数,或许具有一些不合人意的性质。例如，如果要把十个矩形映射到曲面上，那么一定会产生距离和形状上的变形。6.3二维纹理映射面临的困难其次，由于我们的绘制过程在本质上是基于逐个像素绘制的,所以对屏幕坐标到纹理坐标的逆映射更感兴趣。仅当需要确定某个像素的颜色时,才需要确定纹理图像上对应位置的纹理坐标，这是一个从屏幕坐标到纹理坐标的计算过程。第三个问题是，因为每个像素对应于显示屏幕上一个很小的矩形区域,所以我们对点到点的映射并不感兴趣，而对区域到区域的映射感兴趣。这里同样会遇到潜在的走样问题，如果要避免走样引起的瑕疵，如波状图案或网纹状图案，那么就必须谨慎地处理这些问题。6.3二维纹理映射

6.3二维纹理映射

这个映射公式虽然很容易使用,但是它并没有考虑表面的弯曲情形。对于弯曲的表面,大小相等的纹理面片必须拉伸才能覆盖对应的曲面面片。6.3二维纹理映射问题解决另一种方法是使用两步映射第一步是把纹理映射到一个简单的三维中间表面上，如球面、圆柱面或立方体表面。第二步再把带有映射纹理的中间表面映射到我们需要绘制的对象表面上。这种两步映射过程既适用于几何对象表面，又适用于参数对象表面。6.3二维纹理映射

6.3二维纹理映射6.3二维纹理映射6.3二维纹理映射6.4环境贴图高反射表面具有镜面反射的特性，它可以反射周围的环境。例如，考虑位于房间中央的一个有光泽的金属球，我们可以在金属球的表面上看到房间里物体的变形图像。很明显，这种效果需要用到全局光照信息，因为如果不考虑其他的场景，就无法正确地绘制这个金属球。基于物理的绘制方法(如光线跟踪方法)可以生成具有这种效果的图像，然而在实际中，光线跟踪所需的计算非常耗时，以至于无法用于实时应用中。可以使用环境贴图(environmentmap)或反射贴图(reflectionmap)并使用各种纹理映射技术来产生视觉上可以接受的近似效果。6.4环境贴图环境贴图使用两遍绘制的基本思路来模拟高反射表面具有镜面反射的特性。第一遍：绘制的场景不包含镜面多边形，绘制的时候将照相机放在镜面的中心，并指向镜面的法向量方向；第二遍：把照相机放回到场景中原来的位置，并使用前面的图像作为颜色值（纹理值）映射到镜面多边形上。6.4环境贴图需要解决的问题在第一遍绘制生成图像时并没有考虑场景中的镜面对象，所以候得到的图像并不完全正确；场景应该投影在哪个表面上？又应该把相机放在什么地方？典型的解决方法是将环境投影到球心位于投影中心的一个球面上。环境贴图实例6.5凹凸映射虽然纹理映射可用于添加精致表面细节，但它对于模拟粗糙的物体表面，如橘子、草莓和葡萄干等则不合适。生成物体表面凹凸效