用Atlas實現多張貼圖混合的地形及注意事項

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常規的地形使用4張diffuse貼圖進行混合，用一張權重圖的rgba通道表示每個diffuse貼圖的權重，實現出來的地形可以有4種不同的地面，4種之前可以過渡。

對於面積很大的地形，4張diffuse圖就使得表現受到局限，顯得單一了。解決方法有2：

1，切分地形為多個小塊，但要能同時編輯多塊地形，處理地形邊界。

2，讓一個地形能混合更多的貼圖。

本文是關於第二種方法的，並且不增加drawcall，shader計算量也沒有太多增加。

思路是把所有要混合的圖做成一張Atals，比如最上面的貼圖，4x4的能有16種。但權重圖仍然只有一張RGBA的話，就得單個通道能區分開4張圖才行。RGBA通道分別表示4x4的一列，R的取值是0-255（color32算的話），可以分成4段：0-63，64-127，128-191，192-255分別表示一列中的某一行，某一段內的取值表示權重，0是0%，63是100%，精度降低到原來的1/4。GBA通道同理。刷地形的工具保證任一點的所有權重加起來是63。

算格子和格子權重的大致代碼如下（shader里顏色是0-1）

tntfloat4 splat_control = tex2D(_Control, IN.tc_Control); //權重圖ntsplat_control = min(splat_control, fixed4(0.999, 0.999, 0.999, 0.999));tt//防止1的出現nthalf4 gridIndex = floor(splat_control * 4);tt//每一個通道表示那一列中從下到上第幾個,[0,3]。nthalf4 gridWeight = floor(splat_control * 256) - gridIndex * 64;tt//每個格子里的權重值,[0,63]。n

把uv還原到一個格子里的演算法

uv0 = frac(IN.uv_Splat0) * float2(0.25, 0.25) + float2(0, gridIndex.r * 0.25);n

下面是效果示例，帶發現光照的。

這個做的是sample4次貼圖，4列之間是可以過渡的，同一列的格子沒法過渡。想過渡的話得sample16次貼圖或者用條件判斷，從性價比上用不到。「2」貼圖之間是很硬的切換，其他之間是有過渡的。

注意事項：

1，diffuse atlas的mipmap

如圖紅色區域部分的瑕疵，原因是使用了錯誤的mipmap層導致的。之前單張diffuse圖的時候，uv是連續的從0到無窮，1.x跟0.x是sample出同樣的內容，1兩邊的值是連續的，但內容是平鋪的。現在變成格子之後uv也得分段去找對應的格子，uv=(0-0.25, 0-0.25)的格子跟uv=(1-1.25, 1-1.25)的格子內容是一樣的，但uv卻不連續了。gpu底層是通過相鄰像素的uv差值來判斷應該用哪個mipmap，差值越小說明越接近應該用最精細的mipmap0，差值越大就用越粗糙的。格子平鋪的時候邊緣uv從0.25到1.0差了0.75，就會用很粗糙的mipmap，而不是邊緣的地方仍然用高精度mipmap，造成了格子邊緣的線。

解決方法是傳入額外的參數調用tex2D告訴它實際的uv插值，ddx和ddy用來做這個

tex2D(_Splat0, uv0, ddx(IN.uv_Splat0), ddy(IN.uv_Splat0))n

函數解釋詳見下面的參考。所有atlas帶mipmap需要平鋪的都要解決這個問題。

2，權重圖的filter mode

Point採樣適合來算格子id，這個不會出什麼錯，別超過最大格就行。

Bilinear適合算格子的權重，過度自然，但是在邊緣可能採樣出超過本格子範圍的值，比如64-127的格子，可以採樣出小於63或大於127的值。所以用一個中間方案，一部分用point一部分用bilinear，point採樣值小於某個格內權重閾值時（比如6）用point的，超過的話用bilinear的，這樣儘管大於6才開始過度，但是過渡是正確的。

unity里的terrain貼圖是它引擎設置的，要想sample2次可以把權重圖copy一份，但是這就有內存代價了，這個圖是不壓縮的，1024x1024的RGBA要多佔5M都內存吧，算上mipmap。

3，在unity里如何改寫terrainInspector刷格子

編輯器代碼是在unityEditor寫的，c#的，可以反編譯出來，仿照著實現一邊是可以的就是代碼多了些。另一種方式是繼承terrainInspector至改寫特定的方法，這樣代碼量就少很多了，把OnSceneGUI里刷貼圖的部分改一下支持刷16格工作量並不大。

參考資料

1，《天下》手游，它的地形是用4x4的atlas，但更複雜還能混合出帶反射的水，並且一個通道表示0-15的格子。細看能看出來有的過渡邊緣比較糙，估計跟點採樣有關。

2，http://hacksoflife.blogspot.tw/2011/01/derivatives-i-discontinuities-and.html

解釋了如何計算使用哪層mipmap的原理

3，cg library里tex2d、ddx、ddy

tex2D