基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

你可能遇到过这样的地形：悬崖陡峭的一侧的纹理拉伸得如此之大，以至于看起来不切实际。也许你有一个程序化生成的世界，你无法对其进行 UV 展开和纹理处理。
基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】,平面

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三平面映射（Triplanar Mapping）提供了一种优雅的技术来解决这些问题，并为你提供来自任何角度或任何复杂形状的逼真纹理。在本文中我们将了解该技术，查看代码，并了解使用三平面映射时的一些优点、缺点和其他可能性。

1、地形纹理化的UV问题

最常见的问题是纹理拉伸，尤其是在地形方面。问题在于正在纹理化的对象的 UV 坐标。对于地形，UV 坐标分布在网格中，在 X-Y 平面上均匀分布，如下所示：
基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】,平面

上图中的UV 布局未考虑地形的高度差并导致拉伸。你可以采取措施，通过仔细展开 UV 坐标来均匀陡峭多边形的区域，但这会导致结果不太理想。你仍然有扭曲的纹理，并且一些图块（例如中间的图块）被压缩。
基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】,平面

你也可能无法展开网格物体 UV 坐标：可以通过程序生成地形或形状。也许你的形状中有一个洞穴系统或洞。

我们可以使用三平面映射技术（也称为“三平面纹理”）来解决这些问题。

2、基于Triplanar映射的地形纹理化

首先，让我们再次查看应用了三平面映射的地形：

基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】,平面

使用三平面映射的地形

现在好多了！拉伸消失了，陡峭的斜坡看起来更加真实。

Triplanar映射通过在 3 个不同的方向（X、Y 和 Z 轴）上渲染纹理 3 次来实现此目的。想象一个盒子。首先，纹理从正 X 轴向下投影到负 X 轴。面向 X 轴方向的任何片段（几何体的像素）都会应用纹理。 Y轴和Z轴也进行同样的处理。

这些渲染混合在一起。因此，一半面向 X 轴、一半面向 Z 轴的片段将占用一半的 X 轴渲染和一半的 Z 轴渲染。如果片段的 90% 面向 X 轴，则它会接收 90% 的 X 轴渲染，而仅接收 10% 的 Z 轴渲染。就像拿3个喷雾罐，从顶部、侧面、正面喷射。

基于三平面映射的地形纹理化【Triplanar Mapping】,平面

从 3 个角度投射的纹理

所有这些都是在材质的片段着色器中完成的。它本质上对几何体进行 3 次纹理处理，每个方向一次，然后混合结果。

Triplanar映射根本不使用 UV 坐标。相反，它使用实际的世界坐标。知道了这一点，我们来看看代码。

第一部分计算每个方向的混合因子：

// in wNorm is the world-space normal of the fragment 
vec3 blending = abs( wNorm );
blending = normalize(max(blending, 0.00001)); // Force weights to sum to 1.0 
float b = (blending.x + blending.y + blending.z);
blending /= vec3(b, b, b);

这里它采用片段的世界空间法线（它将被标准化，并且每个分量将在 -1 和 1 的范围内），我们将其设为绝对值。我们不关心法线是否面向 -X 或 X，只要它位于 X 轴即可。如果我们确实担心绝对方向，我们就会从前、后、左、右、上、下绘制形状；比我们需要的多3倍。

接下来我们强制它在 0 到 1 的范围内，因此我们最终得到每个轴分量的百分比乘数。如果法线在 Y 轴上朝上，我们得到的 Y 值为 1，它会得到所有 Y 轴绘画，而其他轴的值为 0，不会得到任何结果。

这是最困难的部分。接下来，我们将三个混合值 (x,y,z) 与该纹理坐标处的纹理混合。请记住，纹理坐标位于世界空间中：

vec4 xaxis = texture2D( rockTexture, coords.yz);
vec4 yaxis = texture2D( rockTexture, coords.xz);
vec4 zaxis = texture2D( rockTexture, coords.xy);
// blend the results of the 3 planar projections. 
vec4 tex = xaxis * blending.x + xaxis * blending.y + zaxis * blending.z;

我们终于得到它了。 tex是片段的最终颜色，从 3 个轴混合 3 次。

将比例因子应用于纹理会非常方便，因为你无疑会想要缩放它：

// in float scale 
vec4 xaxis = texture2D( rockTexture, coords.yz * scale);
vec4 yaxis = texture2D( rockTexture, coords.xz * scale);
vec4 zaxis = texture2D( rockTexture, coords.xy * scale);
vec4 tex = xaxis * blending.x + xaxis * blending.y + zaxis * blending.z;

3、法线的处理方法

如果你使用三平面映射和法线贴图，还需要对片段着色器中的法线应用相同的过程，如下所示：

vec4 xaxis = texture2D( rockNormalTexture, coords.yz * scale);
vec4 yaxis = texture2D( rockNormalTexture, coords.xz * scale);
vec4 zaxis = texture2D( rockNormalTexture, coords.xy * scale);
vec4 tex = xaxis * blending.x + xaxis * blending.y + zaxis * blending.z;