纹理采样

在 Unity 图形渲染中，纹理采样方式的核心分类围绕 采样过滤模式（Filter Mode）、纹理寻址模式（Wrap Mode） 和 Mipmap 采样策略 展开，三者组合决定最终采样行为。以下是底层实现相关的关键分类及技术细节，聚焦性能和渲染效果的核心差异：
Unity纹理相关的设置参考：Unity纹理压缩格式以及纹理设置 - JeasonBoy - 博客园
 
参考文章：移动平台的纹理过滤 - 知乎
 

一、核心采样方式分类（底层技术维度）

1. 纹理过滤模式（Filter Mode）—— 解决 “纹理像素与屏幕像素不匹配” 的采样插值问题

决定纹理被放大（Magnification）或缩小（Minification）时，如何从纹理像素（texel）中提取颜色，直接影响性能和清晰度：
  • 点采样（Point / Nearest）
    • 原理：取距离采样点最近的单个 texel 颜色（无插值计算）。
    • 性能：最快（仅 1 次纹理读取，无浮点运算），适合海量纹理或低性能设备。
    • 效果：像素化、锯齿感强，放大时明显失真（如 8-bit 像素风格游戏）。
    • 底层实现：采样坐标四舍五入取整，直接索引纹理数组。
    • 适用场景：UI 图标、像素风纹理、不需要平滑过渡的场景。
  • 双线性过滤（Bilinear）
    • 原理：对采样点周围 4 个相邻 texel 进行线性插值（2D 线性插值）。
    • 性能：中等（4 次纹理读取 + 插值计算），是平衡性能和效果的主流选择。
    • 效果：平滑过渡，无明显像素化，但缩小纹理时可能出现模糊或摩尔纹。
    • 底层实现：计算采样点在纹理空间的小数部分，对 4 个邻域 texel 做加权平均。
  • 三线性过滤（Trilinear）
    • 原理：在双线性过滤基础上，增加 Mipmap 层级间的线性插值（先在两个相邻 Mipmap 层级分别做双线性采样，再对结果插值）。
    • 性能：略低于双线性（8 次纹理读取 + 两次插值），但 Mipmap 本身可提升缓存命中率。
    • 效果：缩小纹理时过渡更平滑，彻底消除 Mipmap 层级切换的 “跳变感”，兼顾清晰度和抗锯齿。
    • 底层实现：通过采样坐标的 LOD 值（细节层级），计算两个相邻 Mipmap 层级的权重，再融合双线性结果。
    • 适用场景：3D 场景中的地面、墙面等需要远距离观察的大型纹理。

    • image（左图双线性过滤，可以明显看到在不同Mipmap层级过渡的地方很生硬）

  • 各向异性过滤（Anisotropic Filtering）
    • 点采样、双线性过滤、三线性过滤属于“各向同性”
    • 原理：针对纹理在倾斜视角下（如斜着看地面）的拉伸失真，通过 “非均匀采样”（沿拉伸方向增加采样点数量）优化，支持与双线性 / 三线性结合使用。
    • 性能：最高（采样点数量随各向异性等级增加，等级越高性能消耗越大），但现代 GPU 优化后开销可控。
    • 效果：倾斜视角下仍保持纹理清晰度，是 3D 游戏中提升画质的关键选项（通常设为 4x、8x、16x 等级）。
    • 底层实现：根据纹理在屏幕空间的拉伸比例（各向异性因子），动态调整采样核的形状和采样点密度，沿拉伸轴方向增加采样次数。
    • 适用场景：3D 游戏的地面、路面、建筑外墙等需要多角度观察的纹理。

    • image（左图三线性过滤，可以明显看到透视视角下远处的纹理很模糊）

    • image（相比各向同性过滤，各向异性在采样的时候并非固定方块采样核，而是随纹理拉伸方向动态拉伸的非均匀采样核，避免纹理拉伸导致的各向异性密度分布导致采样不准确）

　　　　　　image image

 　　　　　　Aniso Level 设置各向异性过滤级别，默认1表示不开启

 

2. 纹理寻址模式（Wrap Mode）—— 解决 “采样坐标超出纹理范围” 的重复 / 填充规则

决定当采样坐标（UV）不在 [0,1] 区间时，如何获取纹理颜色，影响纹理的重复、平铺或边界处理：
  • 重复（Repeat）
    • 原理：UV 坐标按 1.0 循环取模（如 UV=1.2 等价于 0.2，UV=-0.3 等价于 0.7）。
    • 效果：纹理无限重复平铺（如地面瓷砖、墙面纹理）。
    • 底层实现：frac(UV) 计算（取小数部分），支持硬件加速，性能无额外开销。
  • 镜像重复（Mirror）
    • 原理：UV 坐标循环取模后，偶数次重复时镜像翻转（如 UV=1.2 等价于 0.8，UV=2.3 等价于 0.7）。
    • 效果：纹理以镜像方式重复（如对称图案、布料纹理）。
    • 底层实现：1.0 - abs(frac(UV * 0.5) * 2.0 - 1.0)，硬件支持，性能与 Repeat 一致。
  • ** clamp 到边缘（Clamp to Edge）**
    • 原理：UV 坐标小于 0 时取 0，大于 1 时取 1，仅使用纹理边缘的 texel 填充超出部分。
    • 效果：纹理不重复，超出部分显示纹理边界的颜色（无拉伸失真）。
    • 底层实现：saturate(UV) 计算（限制在 [0,1]），硬件加速，性能最优。
    • 适用场景：UI 纹理、角色贴图（避免边界重复出现）。
  • Clamp 到边界颜色（Clamp to Border）
    • 原理：UV 超出 [0,1] 时，使用预设的 “边界颜色”（通常为透明或黑色）填充。
    • 效果：纹理边缘外显示指定颜色，适合需要明确边界的场景（如粒子纹理、遮罩）。
    • 底层实现：需在纹理导入设置中指定边界颜色，硬件支持但需额外存储边界色信息，性能略低于 Clamp to Edge。
posted @ 2025-12-03 17:04  JeasonBoy  阅读(0)  评论(0)    收藏  举报