1.纹理采样
2.采样器
1.纹理采样
采样就是GPU为了给屏幕上的一个像素上色,去纹理贴图里"查取并计算对应颜色 / 数据"的操作,一次查取+计算就是一次 采样,多张纹理就是多次采样
a.纹理贴图 给3D模型贴的图(漫反射、法线、高光图),本质是一张存满颜色/数据的像素格图片,比如一张1024×1024的木纹图,就是1024×1024个小格子,每个格子有自己的颜色值,这张图存在"GPU显存(仓库)里"b.UV坐标 给3D模型表面的每个点都标了一个"纹理贴图的地址",比如UV(0.5,0.5),就是纹理贴图正中间的那个像素格,相当于模型表 面的点和纹理贴图的像素格做了一一绑定 c.屏幕像素 游戏画面最终显示在屏幕上的一个个小点,比如1080P屏幕就是1920×1080个点,GPU的核心工作之一,就是给每一个屏幕像 素算出最终要显示的颜色
1).采样的完整流程 假设现在要渲染屏幕上的一个像素(比如立方体表面的一个屏幕点),GPU要给它上色,这个上色查数据的过程就是一次采样,全 程对应工人取货 a.接任务:GPU拿到这个屏幕像素,通过3D模型的计算,得到这个像素对应的模型表面点的UV坐标,比如UV(0.5,0.5),相当 于工人拿到了"去仓库取货的具体地址"b.去仓库取货(显存读取):GPU根据UV坐标,去显存(仓库)里找到对应的纹理贴图,定位到该UV坐标对应的纹理像素格相当于 工人跑到仓库,按地址找到对应的货物货架 c.验货/加工(插值计算)-理想情况:UV坐标刚好精准对应纹理的一个像素格,直接取这个格子的颜色就行(工人直接拿货架上的货)-实际情况:模型缩放/旋转/拉伸后,UV会变形,一个屏幕像素可能对应纹理的多个像素格,或多个屏幕像素对应纹理的一 个像素格(比如把小纹理贴到大模型上,纹理被拉伸),这时GPU会做插值计算,比如取周围几个纹理像素格的颜色平均值,得 到一个"平滑的颜色值",相当于工人发现货架上的货不匹配,需要把几个货拼一拼/加工一下,才能得到能用的成品 d.完成任务:GPU把计算好的颜色值赋值给这个屏幕像素 —— 工人把加工好的货送到车间(GPU计算单元),完成一次取货
多次采样的例子 如果这个屏幕像素不仅要漫反射颜色,还要法线信息,高光信息,就需要3张纹理贴图(漫反射图、法线图、高光图),此时GPU 要给这个像素上色,就要按同一个UV坐标,分别去3张纹理里各做一次"查取 + 计算"相当于工人为了完成一个"上色任务",要 跑3次仓库,取3次货,做3次加工,自然比跑1次的开销大得多 而屏幕上有几十万甚至上百万个像素,每个像素都要做多次这样的操作,GPU的"工人"就会不停跑仓库,显存带宽(仓库到车间 的运输通道)就会被占满,这就是采样次数多导致开销高的核心原因
2.采样器
采样器(Sampler)是GPU中专门负责执行"纹理采样操作的专用硬件单元 + 规则配置器",对应之前的仓库比喻,采样器就是仓 库专属的取货工人+加工台,这个工人只干"按UV取纹理数据 + 按规则插值/处理"这一件事
1).采样器的两个作用 采样器不只是"无脑干活的工人",还能按开发者设定的规则执行采样,这两个作用缺一不可且后者是Unity/Shader开发中我 们能实际配置的部分 a.硬件层面:专属执行采样的核心操作,全程负责纹理采样的两大核心步骤,替GPU通用单元省算力-按Shader传入的UV坐标,从GPU显存中精准定位纹理贴图的对应数据,完成显存带宽的高效读取(专用的读取通道)-对读取到的纹理数据执行插值/过滤计算,得到最终要传给片元着色器的颜色/数据 b.配置层面:定义采样的"行为规则"我们在Unity/Shader中设置的纹理过滤方式、寻址模式,本质都是给采样器配置执行规则相当于给"取货工人"定好怎么取,怎 么加工的规矩,工人会严格按规矩干活,不同规矩对应不同的画面效果和开销 这也是采样器配置器属性的体现,Unity Shader中我们定义的sampler2D,其实就是纹理贴图+绑定的采样器的组合体,早期 GPU纹理和采样器是分开的,现在为了开发便捷合二为一,比如sampler2D_MainTex,就是把主纹理和对应的采样器绑定,我 们在Inspector面板给纹理设置的过滤/寻址模式,最终都会传给这个采样器
2).采样器的2个核心配置规则 这两个规则是采样器的核心,直接决定采样的画面效果和轻微开销差异,也是Unity中给纹理设置的关键参数,用之前的类比 讲就是"工人的操作规矩"a.过滤模式(FilterMode):工人怎么加工纹理数据,插值规则 解决的是屏幕像素 UV 和纹理像素不精准匹配的问题,比如纹理被拉伸/缩小,采样器按此规则做插值计算分三种核心类型-Point(点过滤):工人直接取UV最近的那个纹理像素,不做任何插值,画面会出现像素化,锯齿,但开销最低-Linear(线性过滤):工人取UV周围4个纹理像素,计算平均值作为结果,画面平滑、无锯齿,开销比Point略高,是Unity默认 的模式,适合绝大多数场景(漫反射、法线图等)-Trilinear(三线性过滤):在Linear基础上,对纹理的多级LOD(纹理金字塔)也做线性插值 b.寻址模式(WrapMode):工人UV 超出纹理范围时怎么处理(边界规则)纹理的UV坐标默认范围是0-1,如果Shader中计算的UV超出这个范围(比如UV=1.5),采样器按此规则处理,核心类型-Repeat(重复):工人把纹理平铺重复,UV=1.5就取纹理0.5的位置 —— 适合地板、砖墙等需要平铺的纹理,直接把这张箭头 纸一张张一模一样叠着贴-Clamp(夹紧):工人把超出的UV限制在0或1,超出部分直接取纹理的边缘像素 —— 适合人物贴图、LOGO 等不需要平铺的纹 理,避免边缘出现拼接瑕疵-Mirror(镜像):工人把超出的UV做镜像翻转,UV=1.5取0.5的镜像位置,贴完第一张(箭头右),把纸翻个面(左右翻转),再 贴第二张(箭头左),第三张再翻回来(箭头右)
