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1、纹理映射技术鲍虎军浙江大学CAD&CG国家重点实验室19/8/2001昆明内容一、研究背景二、基本原理三、纹理映射的构造四、纹理反走样(unaliasing)技术五、过程纹理合成六、优化纹理映射技术19/8/2001昆明一、研究背景19/8/2001昆明传统光照明模型仅考虑表面法向的变化，且假设表面反射率为一常数，因而只能生成颜色单一的的光滑景物表面。景物表面存在丰富的纹理细节,难以直接构造。人们正是依据这些纹理细节来区别各种具有相同形状的景物。存在问题：解决这一问题的途径是纹理映射技术19/8/2001昆明基本思想：实际纹理非常复杂，难以解析描述。采用图象来描述表面纹理细节。IBMR(
2、Image-basedModelingandRendering)关键问题：如何在光照明模型中融入纹理的描述？如何将纹理绘制在景物表面上？19/8/2001昆明二、纹理映射的基本原理纹理生成过程实质上是将所定义的纹理映射为反映某种三维景物表面的属性，并参与后续的光照明计算。表面属性：与光照明模型及表面几何有关的各种参数，如表面法向、漫/镜面反射率等。19/8/2001昆明(1)交互确定纹理属性纹理映射的实现：Ilocal=kaIa+kd(N•L)+ks(N•H)n参数不再是常数，逐点变化I=Ilocal+sIs+tIt19/8/2001昆明(2)建立纹理空间与景物空间及景物空间与屏幕空间之间的
3、映射关系：M:ObjectSpace→TextureSpaceT:ScreenSpace→ObjectSpace19/8/2001昆明景物表面的纹理属性主要有以下几种：（1）表面颜色,即表面的漫反射率；（2）镜面反射分量,即表面的镜面反射率；（3）透明度；（4）表面法向,即挠动表面法向来产生表面的凹凸纹理；（5）环境的漫反射和镜面反射效果；（6）光源强度和色彩分布。19/8/2001昆明根据纹理定义域的不同，纹理可分为二维纹理和三维纹理;基于纹理的表现形式,纹理又可分为颜色纹理、几何纹理和过程纹理三大类。纹理的分类：19/8/2001昆明颜色纹理呈现在物体表面上的各种花纹、图案
4、和文字等，如大理石墙面、墙上贴的字画、器皿上的图案等。几何纹理基于景物表面微观几何形状的表面纹理，如桔子、树干、岩石等表面呈现的凸凹不平的纹理细节。过程纹理表现了各种规则或不规则的动态变化的自然景象，如水波、云、火、烟雾等。19/8/2001昆明关键问题：建立映射减少形变、走样合成纹理剔除纹理图象中的光照效果19/8/2001昆明三、映射的构造从数学的观点来看，映射M可用下式来描述：(u,v)=F(x,y,z)(u,v)TextureSpace若F可逆，则有(x,y,z)=F-1(u,v)典型的参数曲面表示19/8/2001昆明若将参数空间和纹理空间等同（两者之间关系由一仿射
5、变换确定），参数曲面的纹理映射函数可简单地定义为其定义表达式的逆。一般难以解析表达！19/8/2001昆明例子：高为h，半径为r的圆柱面可用下面的参数形式来表达：x＝rcosθy＝rsinθz＝hψ其中０≤θ≤２π，０≤ψ≤１。若通过下述线性变换将纹理空间[0,1]×[0,1]与参数空间[0,2π]×[0,1]等同起来：u=θ/2πυ=ψ则由该圆柱面的参数表达式，容易得到从景物空间到纹理空间的纹理映射表达式。19/8/2001昆明19/8/2001昆明经典算法：Catmull算法（正向映射法）采用同时递归分割参数曲面和纹理空间的方法。当子曲面片在屏幕上的投影区域
6、与象素尺寸匹配时,按双线性插值确定象素中心处可见子曲面片上相应点的参数值,并取对应点处的纹理颜色值作为该象素中心采样点处表面的纹理属性，然后用光照明模型来计算该点处的光亮度值。19/8/2001昆明特殊情况：19/8/2001昆明Blinn算法：逆向映射法屏幕象素到纹理空间对应区域（近似为四边形）的映射近似表示为一个放射变换。象素中心的纹理坐标即可由四角点坐标得到。19/8/2001昆明两步法纹理映射技术：解决无参数化曲面的纹理映射技术多边形网格模型隐函数曲面模型将纹理空间到景物空间的映射分解为两个简单映射的复合，从而避免了对景物表面的重新参数化。基本思想：19/8/2001昆明引进一个包围
7、景物的中介三维曲面作为中间映射媒介，其基本过程可用下面二个步骤来完成：（１）将二维纹理空间映射为一个简单的三维物体表面，如球面、圆柱面等，即建立如下的映射：T(u,v)→T′(x′,y′,z′)这一映射称之为S映射。19/8/2001昆明（2）将上述三维中介物体表面上的纹理映射到目标景物表面,它可表示为:T′(x′,y′,z′)→O(x,y,z)该映射称之为O映射。纹理空间到景物空间
