DirectX11 纹理坐标

纹理坐标

1. 纹理坐标是什么？

Direct3D的纹理坐标系由表示图像水平方向的u轴和表示图像垂直方向的v轴组成。坐标(u,v)指定了纹理上的一个元素，我们将该元素称为纹理元素（texel，译者注：texel是texture element的缩写），其中0≤u,v≤1。注意，v轴的正方向是“垂直向下”的（参见图8.2）。另外，将规范化坐标区间设为[0,1]，是因为这样可以使 Direct3D拥有一个独立于纹理尺寸的坐标空间；例如，无论纹理的实际尺寸是256×256、512×1024还是2048×2048，(0.5, 0.5)永远表示中间的纹理元素。同样，(0.25, 0.75)表示在水平方向上位于总宽度的1/4 处、在垂直方向上位于总高度的3/4处的纹理元素。现在，我们只讨论[0,1]区间内的纹理坐标，稍后会讲解当纹理坐标超出一范围时的处理方法。

（纹理坐标系（texture coordinate system），有时也称为纹理空间（texture space）。）

对于每个3D三角形，我们都要在纹理上定义一个相应的2D三角形，以使纹理映射到 3D三角形上（参见下图）。
（左图是3D空间中的一个三角形，右图是我们在纹理上定义的2D三角形，它会被映射到3D三角形上。）

若三角形的顶点坐标为p0，p1和p2，对应的纹理坐标为q0、q1和q2。对于3D三角形上的任意一个点(x,y,z)，它的纹理坐标(u,v)都可以通过在3D三角形表面对顶点纹理坐标进行线性插值得到，而线性插值中的参数s、t是相同的；也就是说：

(x,y,z)=p=p0+s(p1−p0)+t(p2−p0)

若s≥0，t≥0，s+t≤1则

(u,v)=q=q0+s(q1−q0)+t(q2−q0)

通过一方式，三角形上的每个点都可以得到一个相应的纹理坐标。

2. 纹理坐标如何表示？

为了使用纹理，我们需要再次修改顶点结构体，添加一对纹理坐标，指定纹理上的点， 使每个3D点都有一个相应的2D纹理点。这样，由3个顶点构成的每个3D三角形在纹理空间中都会有一个相应的2D纹理三角形（即，在每个2D纹理三角形和3D三角形之间建立对应关系）。

// 基础32位顶点结构
struct Basic32
{
    XMFLOAT3 Pos;
    XMFLOAT3 Normal;
    XMFLOAT2 Tex;
};
const D3D11_INPUT_ELEMENT_DESC InputLayoutDesc::Basic32[3] =
{
    {"POSITION", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 0,D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"NORMAL", 0, DXGI_FORMAT_R32G32B32_FLOAT, 0, 12,D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0},
    {"TEXCOORD", 0, DXGI_FORMAT_R32G32_FLOAT, 0, 24,D3D11_INPUT_PER_VERTEX_DATA, 0}
};

注意：你可以创建一个2D纹理三角形和3D三角形差别很大的“奇怪”纹理映射。结果是，当这个2D纹理映射到3D三角形上时，会出现拉伸和扭曲，看起来不好。例如，将一个尖三角形映射到一个正三角形上就会发生拉伸现象。通常，纹理扭曲应尽量避免，除非艺术家期望这种扭曲的效果。

看一下下图，我们将整张纹理映射到立方体的每个面上，但这并不是必须的。我们可以只将纹理的一部分映射到几何体上。我们可以将几张毫不相关的图像合并在一张大纹理贴图上（叫做纹理贴图集texture atlas），然后将它用于不同的对象。纹理坐标决定了将那一部分纹理映射到三角形上。

（一张存储了4张纹理的纹理贴图集。设置每个顶点的纹理坐标就可以将期望的部分纹理映射到几何体上。）