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1、纹理属性新奥特福建公司 林健 空间变换、材质以及纹理是 Mariana5D Designer(下文简称 M5Designer)的三大基础属性，在本章节中我们继续讨论其中的“纹理”属性。 一、纹理与纹理映射：在前文材质一篇中我们已经学会使用“材质”属性为物体上色，但“材质”只能提供较简单的颜色变化，如果想让模型看起来更接近现实中的物体，还需要搭配“纹理”属性来实现。“纹理”一词主要是指纹理素材，即纹理的载体，可以是各种格式的图片、视频、序列，也可以是外来的实时视频信号，与纹理相关的还有一个名词是“纹理映射”(Texture Mapping)，是将纹理素材上的图案通过计算映射到三维模型表面的一种处
2、理机制。我们先来简单介绍一下纹理映射的工作流程：不论是单帧的图片还是动态图像，都是由一个个像素组成的二维平面，这些图像都有分辨率属性，即长和宽的数值，图 1 为一张分辨率为 768X512 的骰子平面展开图，表示该图片在水平方向有 768 个像素点，在垂直方向有 512 个像素点，将此纹理图案映射在立方体模型表面的过程称为纹理映射，要想完成纹理映射需要满足两个先决条件： 一是需要在纹理空间中定义纹理的坐标，纹理的坐标使用 UV 坐标系统进行定义，UV 坐标类似于我们常用的XY 平面坐标， 水平方向是 U，垂直方向是 V，计算的过程也很简单，只要将纹理上像素的位置分别除以图像的长宽，不论纹理的分
3、辨率是多大，得到的数值均会落到0,1区间，例如图 1 中一个像素位于(384,256)处，换算成UV 坐标后应为(0.5,0.5)。二是需要将三维模型的表面信息也使用 UV 坐标系统进行定义(可以想象为将三维模型的表面展开摊平到一个平面上)，使用 M5Designer 生成的三维模型均带有 UV 坐标，这样每个模型上的顶点除了拥有表示三维空间位置的 XYZ 空间坐标外，也拥有表示纹理如何在表面显示的 UV 坐标，不同的模型所分配的 UV 坐标也各不相同，例如我们将同一张纹理赋予圆角平板，纹理会刚好适应平板的长宽，赋予正方体，正方体的每一个面都显示一张完整的纹理，同纹理的 UV 坐标一样，模型表
4、面的 UV 坐标的数值也是落在0,1区间。有了纹理的 UV 坐标和模型表面的 UV 坐标，系统只要将两个坐标系统的数值一一对应起来就能完成纹理在模型表面的映射，映射的结果就像将纹理贴在模型表面上一样，流程如图 2 所示。图 1 768x512 地球纹理 图 2 纹理映射流程 (立方体非系统内置模型)二、纹理与材质的关系“纹理”属性很少单独使用，一般会与“材质”属性互相配合来为物体提供外观表现，“材质”属性负责计算模型表面受到光照后的明暗信息，“纹理”属性则负责将图片、视频、序列的内容正确映射到模型表面。图 3为应用默认“材质”属性的卡通飞船模型，可以看到模型表面由于受场景灯光的影响，船身向光面
5、较亮，背光面较暗，呈现出正确的明暗关系，在船头和炮身上都可以看到由于发生镜面反射而形成的高光，由于“材质”属性均为默认值，整体看上去显得“灰灰的”。图 4 为无材质属性，只拥有纹理属性的飞船模型，可以看到模型无论从哪个角度观察都显示为相同的亮度，这是由于在 M5Designer 中如果模型没有被赋予材质，系统就会忽略灯光对其表面的影响，直接呈现其上层纹理原有的图案，这种“与灯光无关”的效果很多时候并非是我们需要的。图 4中的飞船模型同时赋予了纹理和材质属性，二者共同配合生成模型表面的外观，可以看到模型表面既可显示纹理图案，同时又受到场景灯光的影响，如图中螺旋桨的正反面由于光照不同造成正反面的亮
6、度也不相同。图 3 单独材质效果 图 4 单独纹理效果 图 5 材质和纹理共同作用效果三、纹理的类型M5Designer 中纹理的类型主要分为静态纹理和动态纹理两种：静态纹理是指以各类型图片为载体的纹理，多数为单文件结构的图像纹理，支持的图像格式主要有 Bmp、Jpg、Tga 、Png、Psd、Tiff 等，M5Designer 还支持一种多图像文件结构的纹理，称为“立方体纹理”，是以 6 张等大的方形图像组成的特殊图像结构，主要用于模型表面的折射、反射现象的模拟，在使用“渲染特技”时会经常用到；动态类型纹理主要是指各种类型的图像序列、视频文件以及实时的 SDI 输入信号，图像序列不局限于 T
7、ga 序列，只要是系统可以支持的图像格式都可以以序列串的形式使用，例如 Bmp 序列、Jpg 序列以及 Png 序列均可以在 M5Designer 中获得较好的支持。对于视频文件，M5Designer 支持的视频格式很丰富，支持 Mpeg2-I 帧、 DVCPRO25/50/HD/DVCAM、Yuv 无压缩、XDCAM 蓝光、P2 、Mpeg2-IBP、Mov、Wmv、HDV 等多种高标清格式，而且会随着每次升级不断增加新格式支持。对于外部输入视频，除了可以以 Dve 形式上屏，还可以将输入视频当作普通视频文件那样使用，根据板卡型号的不同，分别支持 1 路、 2 路、 4 路的实时 SDI 输
8、入信号。四、纹理的叠加规则在 M5Designer 中，一个节点可以同时放置多张纹理，也可以以组节点的形式逐级传递，系统计算时是按照从上到下、从左到右的顺序进行，位于下层的纹理会叠在上层的纹理上，同一节点上位于右边的纹理会叠在左边的纹理上，图 6 中 4 张纹理均为 720X576 的 bmp 图片，纹理环境模式均设置为“贴花”， 水平垂直方向的“坐标贴图模式”均设置为“截取为边界颜色”，分别调整图片的纹理 X 轴数值，使图片各自错开，可以看到三种纹理放置方式所产生的结果是一样的。纹理在使用时是有限制的，整个层级的纹理总和被限制在 4 张以内，多出的纹理系统会自动忽略。图 6 纹理的叠加规则五
9、：纹理属性参数介绍“纹理”属性有很多参数，为了方便讲解这里做一个简单的区域划分，将整个属性窗口分为 5 个部分，分别为视音频控制区、纹理模式选择区、纹理调整区、源文件有效区域控制区、纹理质量控制区。视音频控制区 源文件有效区域控制区纹理模式选择区纹理调整区 纹理质量控制区1.视音频控制区视音频控制区主要负责视音频文件或图像序列这一类动态纹理的播放控制，调整可以精确到以帧为单位。这些动态纹理主要用作场景的动态背景或动态角标，系统在处理序列文件或视频时并非一次性将所有内容载入内存，而是一边播放一边从硬盘中读取数据，这样就可以避免序列或视频文件长度过长而造成的系统资源不足的情况，除此以外系统还可以支
10、持音频文件的播放控制，可以在娱乐及购物栏目的场景中添加一些音效来加强现场效果。视音频控制区的“播放控制”属性使用时需注意：系统载入动态纹理后，当初次遇到“播放”属性时会从第一帧开始执行回放，如果没有激活“循环”属性，动态纹理完成一轮回放后会停留在最后一帧画面，如果激活“循环”属性，动态纹理则会不断从头到尾反复回放。“播放控制”中的“不播放”属性仅仅是起到“暂停”的作用，再次遇到“播放”属性时会继续播出，如果动态纹理没有播完即遇到“不播放”属性或场景已经播出结束，当再次播出本场景时，动态纹理不是从首帧开始，而是从上一次“暂停点”的位置继续回放，知道这些区别极其重要，因为大部分动态纹理还是有“入出
11、状态”区别的，要保证每次场景入动作时动态纹理都从第一帧开始播出，就必须激活“位置控制”属性，并在“当前位置”中指定其从哪一帧播到哪一帧。2.纹理模式选择区1).纹理坐标产生模式：所谓纹理坐标产生模式即是模型上的 UV 坐标生成方式，分为 6 种类型， 非自动生成：介绍“纹理映射”时我们知道 M5Designer 会自动为新建的模型创建 UV 坐标，图 7 为我们将同一张纹理分别贴在圆角平板、立方体、球体、圆柱体上产生的效果，之所以结果不同是因为不同的模型默认生成的 UV 坐标也不相同，我们可以使用这个默认的 UV 坐标，也可以选择其它的 UV 坐标，要使用系统默认生成的UV 坐标，需要将“纹理
12、坐标产生模式”设置为“非自动生成”。当我们从第三方三维软件导入模型时，由于模型的 UV 和对应的贴图一般都已匹配好，导入 M5Designer 后不需要做任何改动，为保证模型与纹理不错位，也应使用“非自动生成”模式。图 7 纹理贴在圆角矩形、正方体、球体、圆柱体上的效果物体空间线性：默认以模型的原点为中心，以模型的 XY 轴(红、绿轴) 为参考平面对模型表面进行纹理投射，一般呈现倒立缩小的像，在边缘处默认产生纹理图案重复效果，产生的投影符合透视关系，呈现近大远小效果(如图 8)。当对物体做平移、旋转、缩放操作时，纹理也会跟随平移、旋转、缩放，就像固定在模型表面上一样，由于只在 XY 轴平面进行
13、投射，在侧面会显示为纹理边缘的拉伸，此种模式非常适合用于墙面、地面等大面积平面的纹理铺设(如图 9)。图 8 物体空间线性效果 图 9 地板墙面效果眼空间线性：以视窗平面中心点为中心，以视窗平面为参考平面对模型表面进行纹理投射，一般呈现倒立缩小的像，在边缘处默认产生纹理图案重复效果，产生的投影符合透视关系，呈现近大远小效果(如图 10)。与物体空间线性不同，当物体发生空间变换时，表面的纹理只会产生变形，而不会随之发生空间变换，如图 11 中我们为一个球体应用了地球纹理，并设置为“眼空间线性”模式，当球体从左向右移动时，给人感觉像在一张大纹理中漫游一般。 图 10 眼空间线性效果 图 11 纹理
14、漫游效果反射、球面映射模式：这两种模式都可以产生非常漂亮的镜面反射，适合应用在不规则的三维模型上，模型结构越复杂，越是有棱有角，产生的反射感越强烈(如图 12)。一般来说如果模型表面有大面积水平或垂直平面，适合使用球面映射模式，反射模式由于没有“球化”变形，模型上反射出的源纹理图案会比较清晰，容易造成穿帮。使用这两种反射时纹理尽量挑选细节清晰的高分辨率纹理，否则产生反射后纹理上的瑕疵会放大。图 12 反射效果以及球面映射效果法向映射：根据模型表面的法线方向来产生反射效果，每个面只反射一种纹理上的颜色，适合产生水晶玻璃、钻石类的反射效果。图 17 为给 华闻报道栏目设计的人名条模板，其中制作了一
15、颗烁烁放光的玻璃球 (叫钻石也可以) 作为点缀，由于 M5Designer 中未有现成的模型，使用的是 Softimage 来制作，具体步骤如下：Step1：在 Softimage 中新建一个正八面体，将 Geodesic Frequency 调整为 4，使八面体迭代 4 次得到128 面体(如图 13)。选中 128 面体，按键盘上的“I ”键进入 “边选择”模式，使用快捷键“Ctrl+A ”可以选中所有的边，点击菜单“Modify-Component-Mark Hard Edge/Vertex”，将所有的边转换为硬边，使模型棱角更突出，再将 128 面体导出为 Obj 格式的模型文件，命名为“玻璃球.obj”，结果如图 14 所示。Step2：打开 M5Designer，导入刚才得到的 Obj 模型，为模型应用一张金属反射纹理(如图 15)，透明度设置为 75%，纹理的 “纹理坐标产生方式”属性设置为“法向映射 ”，可以看到由于模型的每个面都只反射出一种颜色，当半透明的玻璃球模型转动时就能产生类似玻璃表面反射的效果(如图 16)。Step3：为了让玻璃球的光感更强烈，在模型前方叠加一张星光纹理，并应用一个“专家模式”，渲染模式设为“加”，这样可以让星光纹理与模型交叠的地方光效更强烈，更逼真。Step4：设计好主标题条背景，添加一张龙纹作为
