【引擎研究】纹理相关属性说明
【引擎研究】纹理相关属性说明
伽马与线性空间
伽马与线性空间都是一种颜色空间，也即颜色存储时的分布方式，伽马空间相比线性空间会更多的存储图片的暗色部分。
伽马空间现在是图片存储的标准格式。选择伽马空间的原因有两点：
- 早期阴极射线管（CRT）显示器的输出会比输入颜色看上去偏暗，所以需要抬高输入值。
- 人的眼睛对暗色比亮色更加敏感，所以更多的保存暗色，图片视觉效果也越保真。
- 如今的显示器虽然可以实现线性输入输出，但也继承了 CRT 显示器的非线性特性。
线性空间更符合现实光线的物理特性，所以着色器计算需要线性空间颜色。
sRGB
sRGB 是公认的标准伽马空间，所以 sRGB 也是图片的默认保存方式。
sRGB 的具体保存方式就是对原本的线性颜色值进行调色（），从而牺牲亮色空间以存储更多暗色。
光照计算时需要线性颜色，因此使用 sRGB 纹理需先将颜色逆推转回线性空间（），不然纹理就会看上去比原本亮的多。
mipmaps
mipmaps 是一种 GPU 采样策略。其先基于原纹理生成多张分辨率逐渐降低的小纹理，然后根据实际渲染时纹理在屏幕上的大小占比，选择其中最合适的纹理进行采样。
- 分辨率降低以 2 的倍数进行，mipmap 等级越高分辨率越小。
- 判断纹理占比大小的方式是通过
DDX和DDY函数来对比当前像素与旁边像素的 uv 变化率来确定的，屏幕占比越小，变化率越大，采样所用的 mipmap 等级越大。
mipmaps 可以解决纹理分辨率和实际显示分辨率不同导致的过采样问题，具体而言有以下两点：
- 减少过采样导致的性能浪费，因为分辨率越低的纹理采样性能越高。
- 解决过采样导致的显示异常（摩尔纹）。
为了存储额外的低分辨率纹理，mipmaps 会占用一定额外空间，如果纹理的使用常见不存在上述问题（如 UI），则不应该使用 mipmap 功能。
各向异性
各项异性指物体从不同角度来看其性质会有所不同，放在纹理中是指 uv 两个轴的变化率不同：
- 如果正着看纹理，uv 双轴的变化率是差不多的，此时为各向同性。
- 如果倾斜看纹理，uv 双轴变化率可能相差非常大，此时为各项异性。
默认情况下 mipmaps 只考虑正视情况，生成的 mipmap 会均匀的混合周围所有的点，但倾斜时相比正视所能看到的点数量和位置是不同的。继续用这样的 mipmap 采样就会错误采到本该消失的点，导致出现晕影，看起来就像远处被模糊了一样。
所以启用 mipmaps 后应默认启用各项异性功能。这样 mipmaps 会额外存储一些不同宽高缩放比的 mipmap 以应对倾斜采样的情况。各向异性等级越高，这种 mipmap 就越多，应对能力也就越强。
过滤模式
指示 GPU 如何采用纹理。
- 点（无过滤）：只取 uv 最近像素的颜色信息。
- 双线性：取 uv 最近四个像素的颜色信息并混合。
- 三线性：对最近两张 mipmap 进行双线性采样，然后再混合。
包裹模式
指示 GPU 当采样时的 uv 输入值超出 范围时如何处理。
- 重复：对输入值取模以纠正回范围内。
- 夹紧：将输入值限制在最大范围内。
- 镜像：类似乒乓的方式将输入值纠正回范围。
- 镜像一次：只在 范围内镜像一次，其他范围使用夹紧。