23、可视化技术：纹理映射与渲染的全面解析

可视化技术：纹理映射与渲染的全面解析

1. 引言

在虚拟场景中，正确可视化由视觉纹理代表的材料是一项具有挑战性的任务，因为有众多因素会影响最终的视觉质量。这些因素的数量取决于所选的纹理表示方式，从静态纹理到双向纹理函数都有所不同。

以3D几何中两种材料的双向纹理函数（BTF）可视化为例，假设要可视化的对象几何由多边形网格表示，所需分辨率的纹理可以通过实际纹理测量或建模获得。可视化过程的第一步是将二维纹理平面映射到三维对象几何上。在双向表示的情况下，需要根据多边形的方向选择合适的最接近的照明和观察方向。如果在整个多边形上保持这些方向不变，会出现视觉不连续的问题。为避免这种情况，需要在多边形的每个顶点评估相对于表面法线的照明和观察方向，并在其表面进行插值。然而，即使进行了这样的处理，也不能保证方向相关的纹理能平滑地映射到几何上，剩余的不连续是由采样方向之间的急剧过渡造成的，可以通过方向插值来避免。

此外，还会涉及到抗锯齿、全局照明原理、利用表面高度信息模拟材料外观以及在图形硬件上实现所选方法等内容。

2. 纹理映射

虚拟场景由三维对象组成，在应用视觉纹理时，主要考虑对象的边界几何。这种几何可以用多种方式表示，如多边形网格、各种类型的样条或水平集。其中，多边形表示最适合与纹理信息结合，其几何由多个凸多边形（通常是三角形或四边形）组成。

将纹理同时覆盖对象的多边形的过程称为纹理映射。在这个过程中，通过为多边形的顶点分配纹理坐标，将纹理图像的一部分应用到多边形上。这些坐标用于索引纹理图像，并在多边形上进行插值，以确定多边形每个像素的纹理图像值。最终，当在屏幕上查看多边形时，纹理图像的一部分就会映射到该多边形上。

由于纹