纹理应用（中）：凹凸贴图的原理与实践

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2023-09-02 17:48:44

凹凸贴图概述

凹凸贴图是一种用于增强表面纹理效果的技术，它通过改变表面片元的法线来实现逼真的表面细节，从而模拟出表面凸凹不平的效果。凹凸贴图通过一张特殊纹理图，以一种特定的方式改变表面法线。

法线贴图

法线贴图是一种凹凸贴图技术，它存储着表面每个像素的法线信息。这些法线信息通常以三通道RGB图像的形式存储，其中每个通道对应法线的x、y和z分量。法线贴图可以显著提高表面的纹理细节，而不会增加几何体复杂度。

位移贴图

位移贴图是一种更高级的凹凸贴图技术，它直接修改几何体的顶点位置，从而产生真实的三维凹凸效果。位移贴图比法线贴图更耗费计算资源，但它可以产生更加逼真的效果，特别是在近距离观察时。

凹凸贴图的应用

凹凸贴图广泛应用于图形学领域，尤其是在游戏开发和3D建模中。它可以有效地增强各种表面的纹理细节，例如墙壁、岩石和皮肤。凹凸贴图还可以与其他光照和阴影技术相结合，以产生更加逼真的渲染效果。

凹凸贴图的实践

使用凹凸贴图需要遵循特定的步骤，包括：

加载法线贴图： 将法线贴图加载到显卡中，并将其绑定到渲染流水线中。
变换法线： 将法线贴图中的法线信息变换到世界空间，以便与表面几何体对齐。
修改表面法线： 使用法线贴图中的变换法线修改表面片元的法线。
光照计算： 根据修改后的表面法线重新计算光照和阴影。

代码示例

// 加载法线贴图
Texture normalMap = new Texture("normal.png");

// 绑定法线贴图到渲染流水线
normalMap->bind();

// 变换法线
vec3 worldNormal = normalize(transform * normalMap->sample(texCoords));

// 修改表面法线
surfaceNormal = mix(surfaceNormal, worldNormal, normalStrength);

// 光照计算
vec3 lightDirection = normalize(lightPosition - surfacePosition);
float diffuseIntensity = max(dot(lightDirection, surfaceNormal), 0.0);