Version: 2020.1
电影纹理 (Movie Textures)
纹理数组

3D 纹理

3D 纹理是位图图像,其中包含三维信息,而不是标准的二维信息。3D 纹理通常用于仿真诸如雾或烟的体积效果,模拟体积 3D 网格,或存储动画纹理并在这些动画纹理之间平滑混合。

在 Unity 项目中,Unity Editor 将 3D 纹理表示为纹理资源。要配置纹理资源的导入设置,可选择该纹理资源并使用 Inspector,或者编写一个使用 TextureImporter API 的脚本。

在 Unity 引擎中,Unity 使用 Texture3D 类来表示 3D 纹理。使用此类可以在 C# 脚本中与 3D 纹理进行交互。

3D 纹理大小

3D 纹理的最大分辨率为 2048 x 2048 x 2048。

请注意,随着分辨率的提高,3D 纹理在内存中和磁盘上的大小会迅速增加。一个没有 Mipmap 且分辨率为 16 x 16 x 16 的 RGBA32 3D 纹理具有 128KB 的大小,而分辨率为 256 x 256 x 256 时则具有 512MB 的大小。

创建 3D 纹理

要在项目中创建 3D 纹理,必须使用脚本。

下面的示例是一个 Editor 脚本,该脚本创建一个 Texture3D 类的实例,用颜色数据填充该实例,然后作为纹理资源保存到项目中。

using UnityEditor;
using UnityEngine;

public class ExampleEditorScript : MonoBehaviour
{
    [MenuItem("CreateExamples/3DTexture")]
    static void CreateTexture3D()
    {
        // 配置纹理
        int size = 32;
        TextureFormat format = TextureFormat.RGBA32;
        TextureWrapMode wrapMode =  TextureWrapMode.Clamp;

        // 创建纹理并应用配置
        Texture3D texture = new Texture3D(size, size, size, format, false);
        texture.wrapMode = wrapMode;

        // 创建 3 维数组以存储颜色数据
        Color[] colors = new Color[size * size * size];

        // 填充数组,使纹理的 x、y 和 z 值映射为红色、蓝色和绿色
        float inverseResolution = 1.0f / (size - 1.0f);
        for (int z = 0; z < size; z++)
        {
            int zOffset = z * size * size;
            for (int y = 0; y < size; y++)
            {
                int yOffset = y * size;
                for (int x = 0; x < size; x++)
                {
                    colors[x + yOffset + zOffset] = new Color(x * inverseResolution,
                        y * inverseResolution, z * inverseResolution, 1.0f);
                }
            }
        }

        // 将颜色值复制到纹理
        texture.SetPixels(colors);

        // 将更改应用到纹理,然后将更新的纹理上传到 GPU
        texture.Apply();        

        // 将纹理保存到 Unity 项目
        AssetDatabase.CreateAsset(texture, "Assets/Example3DTexture.asset");
    }
}

预览 3D 纹理

Unity 编辑器具有三种不同的可视化模式,可用于预览 3D 纹理:

  • 体积可视化模式将 3D 纹理渲染为半透明立方体
  • 切片可视化模式渲染 3D 纹理的三个轴中每个轴的单个切片
  • SDF可视化模式将纹理渲染为 3D 空间中的有向距离场

您可以在 Inspector 中预览 3D 纹理,或者编写脚本以使用 Handles API 在 Scene 视图中预览。使用 Inspector 既快捷又方便,但不允许使用自定义渐变。Handles API 允许您根据您的确切需求来配置预览,并允许使用自定义渐变。

使用 Inspector

要在 Inspector 窗口中预览 3D 纹理:

1.在您的 Project 窗口中,选择 Texture Asset。Inspector 现在显示此纹理资源的纹理资源导入器,Unity 会在 Inspector 底部渲染 3D 纹理的预览。 2.导航到 3D 纹理预览上方的工具栏。 3.使用工具栏右侧的按钮在体积、切片和 SDF 可视化模式之间进行选择。预览图像和工具栏上的按钮会根据预览模式而变化。

体积

在此可视化模式中,Unity 将 3D 纹理渲染为半透明立方体。

工具栏中会显示以下控件:

控件: 功能:
Ramp 启用和禁用颜色渐变可视化。如果图像包含很多细微的细节,请启用 Ramp 使这些细节更容易看到。
Quality 设置每纹理像素样本数。该值越高渲染质量越好。
Alpha 控制可视化的不透明度。值为 1 表示完全不透明,值为 0 表示完全透明。调整以查看内部像素。

切片

在这种可视化模式下,Unity 渲染 3D 纹理的每个轴平面的切片。

工具栏中会显示以下控件:

控件: 功能:
Ramp 启用和禁用颜色渐变可视化。如果图像包含很多细微的细节,请启用 Ramp 使这些细节更容易看到。
X 设置 x 轴上的切片位置,以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。
Y 设置 y 轴上的切片位置,以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。
Z 设置 z 轴上的切片位置,以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。

SDF

在这种可视化模式下,Unity 在 3D 空间中使用有向距离场渲染模式来渲染 3D 纹理。 请注意,此可视化模式仅支持非定向的有向距离场。

工具栏中会显示以下控件:

控件: 功能:
Scale 与射线步长相乘的数字。射线步长是两个相邻像素之间的距离。

如果可视化的远处部分被截断,请尝试增加该值。如果根本没有渲染可视化,请尝试减少该值。
Offset 渲染表面的像素强度。当此值为正时,Unity 将扩展渲染表面。当此值为负时,Unity 会将空白空间渲染为曲面,将曲面渲染为空白空间。

使用 Handles API

有关使用 Handles API 预览 3D 纹理及代码示例的信息,请参阅以下文档:

在着色器中使用 3D 纹理

下面是一个使用 3D 纹理来可视化体积的简单光线追踪 (Raymarching) 着色器示例。

Shader "Unlit/VolumeShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 3D) = "white" {}
        _Alpha ("Alpha", float) = 0.02
        _StepSize ("Step Size", float) = 0.01
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue" = "Transparent" "RenderType" = "Transparent" }
        Blend One OneMinusSrcAlpha
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            // 最大光线追踪样本数
            #define MAX_STEP_COUNT 128

            // 允许的浮点数误差
            #define EPSILON 0.00001f

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 objectVertex : TEXCOORD0;
                float3 vectorToSurface : TEXCOORD1;
            };

            sampler3D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            float _Alpha;
            float _StepSize;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;

                // 对象空间中的顶点将成为光线追踪的起点
                o.objectVertex = v.vertex;

                // 计算世界空间中从摄像机到顶点的矢量
                float3 worldVertex = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                o.vectorToSurface = worldVertex - _WorldSpaceCameraPos;

                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }

            float4 BlendUnder(float4 color, float4 newColor)
            {
                color.rgb += (1.0 - color.a) * newColor.a * newColor.rgb;
                color.a += (1.0 - color.a) * newColor.a;
                return color;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                // 开始在对象的正面进行光线追踪
                float3 rayOrigin = i.objectVertex;

                // 使用摄像机到对象表面的矢量获取射线方向
                float3 rayDirection = mul(unity_WorldToObject, float4(normalize(i.vectorToSurface), 1));

                float4 color = float4(0, 0, 0, 0);
                float3 samplePosition = rayOrigin;

                // 穿过对象空间进行光线追踪
                for (int i = 0; i < MAX_STEP_COUNT; i++)
                {
                    // 仅在单位立方体边界内累积颜色
                    if(max(abs(samplePosition.x), max(abs(samplePosition.y), abs(samplePosition.z))) < 0.5f + EPSILON)
                    {
                        float4 sampledColor = tex3D(_MainTex, samplePosition + float3(0.5f, 0.5f, 0.5f));
                        sampledColor.a *= _Alpha;
                        color = BlendUnder(color, sampledColor);
                        samplePosition += rayDirection * _StepSize;
                    }
                }

                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

如果将此着色器用于在页面顶部的示例中创建的 3D 纹理,则结果将如下所示:

电影纹理 (Movie Textures)
纹理数组