#游戏unity-VR场景漫游#shader之地形纹理合并

一般情况下，在游戏中只是单纯的用单一纹理来平铺地面，看的时间长了，不可避免的会出现眩晕感和疲惫感，还会降低游戏的逼真性。所以，有的时候我们需要用有限的纹理融合在一起，形成多种新的不同的纹理图片。这就是地形纹理合并。

这个shader主要会利用两张纹理。一张自然是包含了9种地形纹理的atlas纹理，就称为BlockMainTex
这里写图片描述
以及一张负责混合纹理的BlendTex：

这张纹理是关键所在，它的RG通道存储了该位置处需要混合的两种地形纹理的索引值，它的B通道存储了这两种纹理的混合系数。
最终可以得到类似下面的效果：

地形纹理的索引

关键在于混合纹理BlendTex，它的RG通道存储了该位置处需要混合的两种地形纹理的索引值，即每个通道存储了一个索引值。实际上，由于BlockMainTex是按照九宫格来打包了9种纹理，所以这个索引是一个二维的向量（x，y），也就是说把这个二维（x，y）索引值打包进一个0~1的8 bits小数内（通道值的范围）。这主要是靠下面的公式：
这里写图片描述
其中，x和y分别表示在索引对应的行列值（我总是把上面的公式理解成把x编码进了前4个bits，把y编码进了后4个bits）。
shader代码如下——

float2 encodedIndices = tex2D(_BlendTex, i.uv).xy;

float2 twoVerticalIndices = floor((encodedIndices * 16.0));
float2 twoHorizontalIndices = (floor((encodedIndices * 256.0)) - (16.0 * twoVerticalIndices));

float4 decodedIndices;
decodedIndices.x = twoHorizontalIndices.x;
decodedIndices.y = twoVerticalIndices.x;
decodedIndices.z = twoHorizontalIndices.y;
decodedIndices.w = twoVerticalIndices.y;
decodedIndices = floor(decodedIndices/4)/4;

decodedIndices就是0~3的整数索引值除以4的结果，即该种纹理在BlockMainTex中的起始值。拿图中樱花那个block举例，它对应的xy值是（0，8）（由于xy的范围是0~15，而图片索引范围是0~3，所以要乘以4），所以在BlendTex中的颜色就是8/256。

纹理采样

float2 worldScale = (worldPos.xz * _BlockScale);
float2 worldUv = 0.234375 * frac(worldScale) + 0.0078125; // 0.0078125 ~ 0.2421875, the range of a block

float2 uv0 = worldUv.xy + decodedIndices.xy;
float2 uv1 = worldUv.xy + decodedIndices.zw;

整个地形使用xz平面的世界坐标的小数部分作为采样坐标进行平铺。由于每个block其实只占了1/4的长宽值，所以要进行缩放。为了防止接缝处出现问题，还在两边稍微拉伸了下，即每边拉伸了0.0078125个单位（即1/128个单位）：
这里写图片描述
如果直接使用上面的uv0和uv1对纹理采样，那么在地形接缝处会出现明显的问题：

这主要是因为这里的纹理tiling是我们手动对worldScale取frac得到的，这样纹理采样坐标的偏导其实是不连续的，而通常我们使用单张纹理的tiling是连续的，是由图形API和硬件帮我们处理平铺类型的。

解决方法也很简单，我们只需要保证在接缝处的偏导连续不突变即可，这可以靠支持4个参数的tex2D函数来解决。完整的代码如下：

float blendRatio = tex2D(_BlendTex, i.uv).z;

float2 worldScale = (worldPos.xz * _BlockScale);
float2 worldUv = 0.234375 * frac(worldScale) + 0.0078125;
float2 dx = clamp(0.234375 * ddx(worldScale), -0.0078125, 0.0078125);
float2 dy = clamp(0.234375 * ddy(worldScale), -0.0078125, 0.0078125);

float2 uv0 = worldUv.xy + decodedIndices.xy;
float2 uv1 = worldUv.xy + decodedIndices.zw;
// Sample the two texture
float4 col0 = tex2D(_BlockMainTex, uv0, dx, dy);
float4 col1 = tex2D(_BlockMainTex, uv1, dx, dy);
// Blend the two textures
float4 col = lerp(col0, col1, blendRatio);

其实就是手动算了下采样坐标worldScale的ddx和ddy，这也是为什么之前每个block要向每边拉伸了0.0078125个单位，这样才不会采样越境。上面在算ddx和ddy的时候，还把结果截取到（-0.0078125，0.0078125）即（1/128，-1/128）之间，我猜想这是为了在摄像机距地面非常的远的时候（此时ddx和ddy的绝对值会比较大，纹素密度很大），如果ddx或ddy的绝对值超过了拉伸值0.0078125（1/128），就会在接缝处采样到隔壁的block，所以要在这里使用clamp截取一下范围。