簡述47種Shader Map的渲染原理與製作方法

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在Shader中會使用各種不同圖參與渲染,所以簡單地總結下各種圖的渲染原理、製作方法，最後面幾種是程序生成圖。

1. nAlbedo

2. nDiffuse(Photographic)

從上圖可以看出來，Albedo是去掉Diffuse的光照和陰影生成的，而在pbr工作流下必須要用Albedo。轉換方法：Hownto Make an Albedo Texture from a Diffuse Texture

3. nAlpha Map

注意：jpg沒有alpha通道，png也沒有alpha通道，顯示的alpha是根據rgb計算的灰度作為alpha使用。另外安卓平台ETC1也沒有alpha通道。

4. nBump Map

5. nHeight Map

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基於高度的潮濕地面

6. nNormal Map

Bump Map是凹凸貼圖,常用的有兩種：一種是Emboss Bump Map(浮雕凹凸貼圖，使用的Height Map),另一種是Dot3 Bump Map(點乘凹凸貼圖，使用的是Normal Map)

7. nMask Map

Mask用途比較多，常用來標識不同物體，比如標識建築上反光的窗戶、地面的積水、皮膚上汗水等。

8. nLight Map(圖來源)

9. nLut

Lut(查找表lookup table)可以用於優化複雜光照的渲染，比如lambert blinn-phong可以把(NL,NH)作為uv坐標，將光照計算存儲在一張貼圖中，這樣渲染時複雜的計算過程就優化為紋理採樣了。另外皮膚、毛髮之類複雜計算都可以用此方法優化。

10. nEmission Map

如果要表現更好的效果，自發光還要配合HDR/ToneMap/Bloom。

11. nMetallic Map/Roughness

12. nSpecular Map/ Smoothness

圖來源nn

高光工作流可以不受限於PBR，能做非真實渲染，而金屬工作流則對入門者更友好，限制在物理渲染的框架中，不至於渲染的太糟，當然金屬工作流也可以做風格化的渲染。如果是用Substance Painter或者Marmoset Toolbag製作，這兩種方式都支持導出的。

13. nGloss Map

14. nSmothness Map

15. nRoughness Map

光澤貼圖和高光貼圖是不同的，它類似平滑貼圖/粗糙貼圖，表示物體表面的平滑粗糙程度，而高光貼圖存儲的是高光的強度，金屬貼圖存儲的是金屬度。

16. npbr(sbsar)

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17. nRamp Map

Ramp Map常用於卡通渲染，可以用於手工調節漫反、高光、陰影等，但是這比較依賴美術畫圖的功力，道理簡單，渲染的好看卻不容易。

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圖來自米哈游的技術解說米哈游極樂凈土的卡通渲染

18. nDetail Map(Albedo EmissionnSpecular Normal 等)

Detail Map主要解決相機靠近模型時貼圖精度不足的問題，比如地面、皮膚、樹木等等靠近看會很模糊，用一張尺度更小的坑坑窪窪的圖來增加細節。左上是模糊的地面，右上是細節圖，最下面是增加細節後的地面。

19. nGradient Map(用於ColornGradient顏色分級、顏色校正等)

20. nJitter Map/Sparke Map/GlitternMap

這種閃爍的噪點主要用於沙子、雪等渲染，主要用於表現顆粒感。這可以用雜訊圖來用於渲染，也可以用函數生成，一般類似frac(a*sin+b)這樣形式，可以搭配WorldPos、ViewPos、Time來組合成函數。

21. nNoise Map

Noise有很多種：白雜訊、藍雜訊、perlin雜訊、simplex雜訊、Voronoi雜訊。另外推薦個雜訊圖編輯器：numberflow

22. nSplatting Map

最常用於地形渲染，單獨一張control texture作為多層貼圖的混合係數，既可以用於顏色混合，也可以用於法線混合。

23. nLens Map(Rain/Snow/Freeze/Glare/Flare/Flash/Gleam/starburst)

做鏡頭效果會需要很多類似雨滴、雪花、臟跡、冰凍、炫光、星星等貼圖。比如下面鏡頭雨滴。

24. nCubeMap

Arm公司做的Ice Cave把CubeMap用在反射、折射、陰影,效果很贊(icencave)

25. nMatCap Map

Matcap的原理將法線轉換view坐標系，取XY作為UV採樣一張貼圖，原理如下圖

對於場景色調比較統一、不要求精準光照的情況，這是種運行效率非常高的渲染方式。n

26. n3D Texture

3d紋理最常用於體渲染，比如雲、高度霧等。Unity不支持3d紋理的文件格式，但是支持動態創建Texture3D，這樣可以自己保存為asset格式或者自定義格式，在運行時轉換為Texture3D。因為體渲染比較常用的方式是raymatching，步進次數少效果很難表現出來，在移動端效率比較低。圖來HorizonZeroDawn

27. nTranslucency Map(Thickness Map、反向AO、單散射)

主要用於半透明物體，比如闊葉植被、玉等

28. nAmbient Occlusion Map

AO的計算方法是從頂點的半球發出射線，檢測射線是否與網格相交，下圖的遮擋值是5/7。圖來源

因為AO圖噪點較多，即使增加射線的數量效果也不是很好，而體遮擋法能很好解決這個問題。AO如果作為後處理的話，SSVO、SSDO是比較流行的方法。

29. nDUDV Map

DuDv圖看上去像蚯蚓爬過的法線圖，一般用RG兩個通道存儲數據，是根據法線求導後再模糊處理存儲的數據，類似與Parallax Map的用途，它也用於扭曲，比如下圖用於扭曲水面倒影。圖來源

30. nFlow Map

Flow map存儲的是向量場數據，可以用於控制水面UV，比如下圖石頭周圍一圈一圈水紋，製作工具有很多，比如flowmap製作工具

31. nRipple Map

常用於雨滴水紋、物體落入水中的水紋等，可以算是flowmap的一種。

32. nDistort Map

扭曲圖比較常用於半透物體，用於扭曲背景。比如下圖冰塊。

33. nDisplacement Map

34. nVector Displacement Map

這兩種圖常用鑲嵌，不過Displacement Map相當於高度圖，而Vector Displacement Map存儲的是三維向量，可以更好地細分模型。比如用地面蘑菇、地衣、耳朵等。

35. nRadiosity Normal Map

半條命首先引入的光照貼圖方式，具體參考：RadiositynNormal Map，另外抵抗：人類隕落也有使用這種方法：抵抗中的光照

36. nCavity Map

縫隙圖存儲的是比普通AO更小的AO信息，主要用於表現裂縫。製作方法參考：縫隙圖筆記

37. nCurvature Map

曲率圖和縫隙圖不同的是它主要用於表現邊緣、凹凸等效果，用於耳朵、眉骨、鼻子渲染效果會很好，利用DDX/DDY或fwidth也可以動態計算曲率。

38. nAnisotropic Map

有些物體的光照會呈現各向異性，比如頭髮、金屬等，下圖是三種頭髮渲染的方式（環形、kajiya、Scheuermann）都用到各向異性的貼圖用於高光偏移。

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39. nDerivative Map

這是由頑皮狗大神Morten Mikkelsen首先提出法線圖的衍生方式（Bump Mapping UnparametrizednSurfaces on the GPU），因為用法線圖一般在切線空間用於光照計算，而這種方法則不需要切線空間的參與，效率和效果都會更好，不用法線圖，而是表面梯度圖，和高度梯度圖是不同的。不過這文章讀起來挺心累的，最好參考Jim Blinn大神的凹凸貼圖原理。