纹理的基本概念
纹理 surface 基础概念
纹理surface 基础概念"纹理"（Texture）和"表面"（Surface）是计算机图形学中常用的两个概念，它们在图形渲染和计算中有着不同的含义。
纹理（Texture）：纹理是一种二维图像，通常被应用到三维模型的表面以模拟真实世界的外观。
纹理可以包含颜色信息、法线信息、透明度信息等。
在计算机图形学中，纹理经常用于增加模型的表面细节和真实感。
常见的纹理类型包括：-漫反射贴图（Diffuse Map）：包含物体的基本颜色信息。
-法线贴图（Normal Map）：用于模拟表面的凹凸。
-镜面反射贴图（Specular Map）：用于模拟表面的光泽度。
-置换贴图（Displacement Map）：用于改变表面的形状。
在计算机图形编程中，纹理由像素组成，每个像素包含一个或多个颜色分量。
图形渲染引擎会使用纹理映射到三维模型的表面，以显示出模型的细节和颜色。
表面（Surface）：表面通常指的是在计算机图形学中描述物体的外观和属性的数据结构。
表面可以包含几何信息（如顶点坐标）、材质信息（如漫反射颜色、镜面反射等）、法线信息等。
表面可以与纹理结合使用，从而获得更为复杂和真实的外观。
例如，一个三维模型的表面可能由一个包含几何信息的表面数据结构和一个包含纹理信息的纹理对象组成。
在一些图形编程接口中，表面的概念可能会被更具体地表示为"表面"对象（Surface Object）或"绘制表面"（Render Target）。
这些表面对象通常用于指定图形渲染的目标，如渲染到纹理、渲染到帧缓冲等。
总的来说，纹理和表面都是在计算机图形学中用于描述和渲染物体外观的关键概念。
它们通常一起使用，以创建逼真的图形效果。
纹理坐标
Direct3D支持广泛的纹理特性设置，使程序员可以轻松的访问提供高级纹理技术。
下面我们来讨论Direct3D中的纹理的一些内容：∙ 1. 纹理的基本概念∙ 2. 纹理句柄∙ 3. 纹理接口∙ 4. 纹理过滤∙ 5. 纹理Wrapping∙ 6. 纹理融合∙7. 纹理压缩∙8. 自动纹理管理∙9. 对于纹理的硬件考虑1. 纹理的基本概念这一部分中讲述了Direct3D中有关纹理的一些概念，我们分以下几个部分来分别讨论：∙ 1.1 什么是纹理∙ 1.2 纹理坐标∙ 1.3 纹理寻址模式∙ 1.4 纹理句柄和纹理接口∙ 1.5 调色板纹理1.1 什么是纹理？早期的计算机生成的3-D图象，它们的表面看起来就象是一个发亮的塑料表面。
它们总是缺少一些能使物体看起来更加真实的东西，如表面的磨损、裂纹、人手的印记或是一些污点等等。
近几年来，纹理的使用使得计算机三维图象具有了更好的真实感。
一个纹理实际上就是一个位图。
从这个意义上来讲，当纹理一词被用于计算机图形学时，它就有了一个明确的定义。
从语义学角度来讲，纹理一词既是指一个物体上颜色的模式，又是指物体表面是粗糙的还是光滑的。
Direct3D的纹理不会使物体表面真的变得“崎岖不平”，而只是使它的表面看起来是“崎岖不平”的。
由于Direct3D的纹理就是简单的位图，因此任何纹理否可以被用在Direct3D图元上。
例如，我们可以创建一些具有木头和谷物图案的对象；也可以将一些青草、泥土和岩石用于一些三维图元，并将它们堆成一座小山，这样就有了一个山坡的背景；或者搞一些路标、悬崖等等。
另外，Direct3D还支持一些高级的纹理技术，如纹理融合（透明或不透明）、光线映射（lightmapping）等。
如果程序创建了一个HAL设备、MMX设备或RGB设备，它就可以使用8-、16-、24-或32-bit纹理。
使用单色设备的程序可以使用8-bit 纹理。
1.2 纹理坐标纹理实际上是一个二维数组，它的元素是一些颜色值。
图像纹理特征总体描述
图像纹理特征总体简述纹理是一种反映图像中同质现象的视觉特征，它体现了物体表面的具有缓慢变化或者周期性变化的表面结构组织排列属性。
纹理具有三大标志：∙某种局部序列性不断重复；∙非随机排列；∙纹理区域内大致为均匀的统一体；不同于灰度、颜色等图像特征，纹理通过像素及其周围空间邻域的灰度分布来表现，即局部纹理信息。
另外，局部纹理信息不同程度上的重复性，就是全局纹理信息。
纹理特征体现全局特征的性质的同时，它也描述了图像或图像区域所对应景物的表面性质。
但由于纹理只是一种物体表面的特性，并不能完全反映出物体的本质属性，所以仅仅利用纹理特征是无法获得高层次图像内容的。
与颜色特征不同，纹理特征不是基于像素点的特征，它需要在包含多个像素点的区域中进行统计计算。
在模式匹配中，这种区域性的特征具有较大的优越性，不会由于局部的偏差而无法匹配成功。
在检索具有粗细、疏密等方面较大差别的纹理图像时，利用纹理特征是一种有效的方法。
但当纹理之间的粗细、疏密等易于分辨的信息之间相差不大的时候，通常的纹理特征很难准确地反映出人的视觉感觉不同的纹理之间的差别。
例如，水中的倒影，光滑的金属面互相反射造成的影响等都会导致纹理的变化。
由于这些不是物体本身的特性，因而将纹理信息应用于检索时，有时这些虚假的纹理会对检索造成“误导”。
一. 纹理特征的特点∙优点：∙包含多个像素点的区域中进行统计计算；∙常具有旋转不变性；∙对于噪声有较强的抵抗能力；∙缺点：∙当图像的分辨率变化的时候，所计算出来的纹理可能会有较大偏差；∙有可能受到光照、反射情况的影响；∙从2-D图像中反映出来的纹理不一定是3-D物体表面真实的纹理；二. 纹理特征分类1. 基本说明纹理特征分类图如下所示：纹理特征的提取，一般都是通过设定一定大小的窗口，然后从中取得纹理特征。
然而窗口的选择，存在着矛盾的要求：∙窗口设定大：纹理是一个区域概念，它必须通过空间上的一致性来体现。
观察窗口取的越大，能检测出同一性的能力愈强；反之，能力愈弱；∙窗口设定小：由于不同纹理的边界对应于区域纹理同一性的跃变，因此为了准确地定位边界，要求将观察窗口取得小一点；这种情况下，会出现困难是：窗口太小，则会在同一种纹理内部出现误分割；而分析窗太大，则会在纹理边界区域出现许多误分割。
02-配合视频讲解纹理的基本概念和纹理映射的基本方法。
让人头疼的纹理（上）：颜色纹理华中科技大学软件学院万琳提纲1纹理的概念2纹理的定义和映射3基于OpenGL的颜色纹理1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。
现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。
1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。
现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。
1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。
现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。
1纹理的概念纹理实例：纹理的概念1纹理：体现物体表面的细节纹理类型：◆颜色纹理物体表面（平面或者曲面）花纹、图案◆几何纹理基于物体表面的微观几何形状二维纹理几何纹理2纹理的定义和映射◆生成纹理的一般方法，是预先定义纹理模式，然后建立物体表面的点与纹理模式的点之间的对应。
◆当物体表面的可见点确定之后，以纹理模式的对应点参与光照模型进行计算，就可把纹理模式附到物体表面上。
这种方法称为纹理映射（Texture Mapping）。
像素区物体表面纹理模式2纹理的定义和映射纹理模式定义：•图象纹理：将二维纹理图案映射到三维物体表面，绘制物体表面上一点时，采用相应的纹理图案中相应点的颜色值。
•函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹理图案，如方格地毯。
或用数学函数定义随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹理。
函数纹理定义的方格地毯图像纹理2纹理的定义和映射纹理映射：•建立纹理与三维物体之间的对应关系•扰动法向量图像纹理映射到我们课程原创的动画人物帽子上纹理的定义和映射2◆纹理模式定义方法：纹理空间纹理定义在纹理空间上的函数，纹理空间通常是一个单位正方形区域0≤u ≤ 1，0≤ v ≤1之上。
纹理映射中最常见的纹理•一个二维纹理的函数表示•纹理图象V(0，1)(0，0)（1，0） U⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎩⎨⎧⨯+⨯⨯+⨯=evenv u odd v u v u g 881880),(纹理的定义和映射2◆纹理映射方法：建立物体空间表面和纹理空间之间的对应关系根据物体空间的表面坐标(x,y,z)计算其纹理空间坐标(u,v)值：对物体表面坐标(x,y,z)用u 、v 进行参数化（第一步），然后反求出参数u 、v 用物体表面坐标(x,y,z)的表达（第二步）；根据纹理空间定义的纹理(u,v)得到该处的纹理值，并用此值取代光照明模型中的相应项，实现纹理映射（第三步）。
纹理的基本概念
截取纹理寻址模式
截取纹理寻址模式由D3DTEXTUREADDRESS枚举类型的D3DTADDRESS_CLAMP成员表 示，它会使Microsoft® Direct3D®把纹理坐标截取到[0.0, 1.0]范围内，也就是 说，这种模式只应用纹理一次，然后就重复使用纹理边缘处像素的颜色。例如， 设想应用程序创建了一个方的图元并把纹理坐标指定为(0.0,0.0), (0.0,3.0), (3.0,3.0)和(3.0,0.0)，把纹理寻址模式设置为D3DTADDRESS_CLAMP会使纹理只 被应用一次，列的顶端和行的末端处像素的颜色被相应地延伸至图元的顶端和右 边。 下图描绘了截取寻址模式。
纹理调色板
Microsoft DirectX® 9.0 中的Microsoft® Direct3D®通过一组与 IDirect3DDevice9对象相关联的 256 色调色板支持调色板纹理（paletted texture）。通过调用IDirect3DDevice9::SetCurrentTexturePalette方法可以 设置当前调色板。当前调色板用于对所有已激活的纹理层中的所有调色板纹理进 行颜色转换。IDirect3DDevice9::SetPaletteEntries方法可以更新调色板中的 全部 256 个颜色项。每个颜色项都是一个用D3DFMT_A8R8G8B8 格式表示的 PALETTEENTRY结构，默认值为 0xFFFFFFFF。 IDirect3DDevice9 的调色板包含了一个阿尔法通道。若设备设置了 D3DPTEXTURECAPS_ALPHAPALETTE 能力位，则表示该设备支持调色板阿尔法，并 可以使用该阿尔法通道。当纹理格式不含阿尔法通道时，就使用调色板阿尔法通 道。若设备不支持调色板阿尔法，同时纹理格式也不含阿尔法通道，则使用 0xFF 作为阿尔法值。
纹理特征
纹理特征纹理是指存在于图像中某一范围内的形状很小的、半周期性或有规律地排列的图案。
在图像判读中使用纹理表示图像的均匀、细致、粗糙等现象。
纹理是图像处理和模式识别的主要特征之一。
纹理特征是指图像灰度等级的变化，这种变化是与空间统计相关的。
图像的纹理特征反应了图像本身的属性，有助于图像的区分。
一般的图片都具有丰富、稳定的纹理特征，且利用统计方法方法提取图像的纹理特征具有计算量小的特点。
a.统计法a)灰度共生矩阵假定，在一幅图像中规定了一个方向（水平的、垂直的等）和一个距离（一个象素，两个象素等）。
那么该物体的共生矩阵P 的第（i,j ）个元素值等于灰度级i 和j 在物体内沿该方向相距该指定距离的两个像素上同时出现的次数，除以M ，其中M 是对P 有贡献的像素对的总数。
矩阵P 是N ×N 的，其中N 为灰度阴影级的划分数目。
各个共生矩阵可以通过对距离和方向的各个组合来定义。
对矩阵有贡献的像素对的总数M ，比物体内部像素的个数少，而且这个数目随着距离的增加逐渐减少。
因此，小物体的矩阵会相当稀疏。
由于这个原因，灰度级划分N 常常被减少，例如从256级到8级，以便于共生矩阵的计算。
在水平方向上的共生矩阵，如果考虑当前像素的左右方向上的像素，则称为对称共生矩阵，如果只考虑当前像素的右或左方向上的像素，则称为非对称共生矩阵。
例如，设一幅图像的大小为M ×N ，灰度级为L ，G ＝{0,1,2……., L-1}，f(x,y)是坐标(x,y)处像素的灰度级，一幅图像的一个共生矩阵是一个L ×L 矩阵L L ij t T *][，T 中的元素是图像灰度的空间关系，以及按特定方式表示的两灰度间变化的次数。
我们只考虑水平方向的共生矩阵，则对称共生矩阵的定义如下：∑∑===M i Nj ij k l t 00),(δ (3-2)式中⎩⎨⎧=-==+=jk l f i k l f jk l f i k l f )1,(,),()1,(,),( ;1),(=k l δ (3-3) 否则 0),(=k l δ (3-4) 当只考虑水平方向的右边的像素，则非对称共生矩阵的定义如下：j k l f i k l f =+=)1,(,),( ;1),(=k l δ (3-5)否则 ;0),(=k l δ (3-6)我们得到从灰度级i 到j 变化的概率如下：∑∑-=-==101L i L i ijijij tt p (3-7)b) TamuraTamura 以人类的主观心理度量作为标准，提出了六个基本的纹理特征，这些特征包括：粗糙度（coarseness ），对比度（contrast ），方向度（directionality ），线像度（linelikeness ），规整度（regularity ）和粗糙度（roughness ），这些特征中最重要的主要是纹理的粗糙度，对比度和方向度。
3D建模中的材质与纹理应用技巧与案例分享
3D建模中的材质与纹理应用技巧与案例分享在3D建模中，材质与纹理的应用是非常重要的，它们能够使模型更加逼真，增加视觉效果的真实感和观赏性。
本文将介绍一些3D建模中的材质与纹理应用技巧，并分享一些相关案例。
一、材质与纹理的基本概念在开始介绍材质与纹理的应用技巧之前，首先需要了解它们的基本概念。
1. 材质（Material）材质是指物体的表面属性，描述了物体的外观、反射、折射、透明度等特性。
在3D建模中，材质会决定物体的视觉效果，使其看起来更加真实。
2. 纹理（Texture）纹理是指应用在模型表面的图像，通过纹理可以给物体增加细节、颜色、光照等效果，使模型更加具有真实感。
二、常用的材质与纹理应用技巧1. Diffuse贴图Diffuse贴图是最基本的一种纹理贴图，用来描述物体的颜色和纹理细节，常用于给物体表面添加图案、纹理或者颜色。
Diffuse贴图能够增加物体的真实感和观赏性。
2. Bump贴图Bump贴图是一种用来模拟物体表面细微凹凸纹理的方法，通过改变法线值来改变物体的表面光照效果，从而增加物体的真实感。
3. Normal贴图Normal贴图是一种常用的纹理贴图，它通过调整法线向量的值来模拟物体表面的细微凹凸效果。
Normal贴图能够使物体看起来更加真实，并增加视觉效果的真实感。
4. Specular贴图Specular贴图用于模拟物体表面的高光反射效果，通过控制高光部分的强度和颜色，使物体看起来更加细腻和逼真。
5. Reflection贴图Reflection贴图用于模拟物体表面的反射效果，通过添加反射贴图，可以使物体表面反射周围环境的景色，增加真实感和观赏性。
6. Displacement贴图Displacement贴图是一种用于改变模型形状的纹理贴图，通过改变顶点的位置和法线值，可以使物体表面产生凹凸效果，增加真实感和观赏性。
三、案例分享1. 建筑模型应用材质与纹理在建筑模型中，材质与纹理的应用能够使建筑物看起来更加真实。
(现代图像分析)第六章纹理图像分析
将图像中的像素按照其灰度值进行分类，形成不同的纹理区域，从而提取出纹 理特征。
基于频域的方法
傅里叶变换
将图像中的像素按照频率进行分类，形成不同的频率成分， 从而提取出纹理特征。
小波变换
将图像中的像素按照小波函数的形状进行变换，形成不同的 频率成分，从而提取出纹理特征。
04
纹理图像分析的算法
纹理图像分析的应用领域
遥感图像分析
遥感图像中包含了大量的纹理信息，通过纹理分析可以提 取出地物的特征和分类，广泛应用于土地资源调查、环境 监测、城市规划等领域。
安全监控
在安全监控领域，通过分析视频中的纹理特征，可以实现 对运动物体的检测和跟踪，提高监控的准确性和实时性。
医学影像分析
医学影像中，如 CT、MRI 和超声图像等，纹理分析可以 帮助医生更好地诊断疾病和评估病情，例如肿瘤检测、病 灶区域识别等。
灰度共生矩阵算法
01
灰度共生矩阵算法是一种基于统计的方法，用于分析图像中像 素之间的相对位置和灰度级的关系。
02
它通过计算图像中不同方向和距离上的像素对的灰度级联合概
率分布，生成一个灰度共生矩阵。
灰度共生矩阵可以用来描述图像的纹理特征，如对比度、方向
03
性和周期性等。
傅里叶变换算法
1
傅里叶变换算法是一种在频域分析图像的方法， 通过将图像的像素强度转换为频率域中的系数。
深度学习在纹理图像分析中的研究与应用
深度学习技术为纹理图像分析带来了革命性的变化，显著提高了分析的准 确性和效率。
未来研究将进一步探索如何改进深度学习模型，以更好地处理复杂的纹理 图像数据。
结合其他技术，如增强学习、迁移学习等，实现更智能的纹理图像分析系 统是未来的研究方向。
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虽然系统允许纹理坐标位于闭区间 0.0 到 1.0 之外，但硬件限制通常会决定纹理 坐标究竟可以超出该范围多少。当应用程序取得设备能力时，渲染设备通过 D3DCAPS9结构的MaxTextureRepeat成员表明这个限制，这个成员的值描述了设备 允许的纹理坐标的全部范围。例如，若这个值为 128，则输入的纹理坐标必须保 持在从-128.0 到+128.0 之间，若输入顶点的纹理坐标位于这个范围外，则纹理
坐标是无效的。对自动生成的纹理坐标和由纹理坐标变换得到的纹理坐标也有同 样的限制。 对 MaxTextureRepeat 的解释同时还受 D3DPTEXTURECAPS_TEXREPEATNOTSCALEDBYSIZE 能力位的影响。若设置了这个能 力位，则 D3DCAPS9 结构的 MaxTextureRepeat 成员的值正如前面描述的一样。但 是，若没有设置该能力位，则纹理循环的限制还取决于纹理坐标寻址的那个纹理 的大小。在这种情况下，MaxTextureRepeat 必须除以当前 mipmap 中最大纹理的 大小。例如，若纹理大小为 32，而 MaxTextureRepeat 的值为 512，则实际有效 的纹理坐标的范围是 512/32 = 16，因此传给该设备的纹理坐标必须在范围-16.0 到+16.0 之间。 以下主题包含了更多有关纹理寻址的真实感的有力工具。Microsoft® Direct3D® 支持广泛的纹理特性，并使开发人员可以很方便地使用高级纹理技术。 本节讲述如何使用纹理。
• 纹理的基本概念 • 纹理坐标 • 纹理过滤 • 纹理资源 • 纹理环绕 • 纹理混合 • 表面 以下主题将更详细地介绍另外的纹理功能。 • Mipmap的自动生成 • 自动纹理管理 • 压缩纹理资源 • 使用纹理时需要考虑的硬件问题 • 立体纹理资源 要提高性能，可以考虑使用动态纹理。动态纹理在每一帧都可以被锁定，写入及 解锁。更多信息请参阅使用动态纹理。
启用纹理环绕实际上使位于[0.0, 1.0]范围之外的纹理坐标无效，在这种情况 下，对无效的纹理坐标进行光栅化操作将导致未定义的结果。当启用纹理环绕时， 不会使用纹理寻址模式，同时应用程序应该注意不要给出小于 0.0 或大于 1.0 的纹理坐标。
设置寻址模式
应用程序可以通过调用IDirect3DDevice9::SetSamplerState方法设置每个纹理 层的纹理寻址模式，只需把纹理层的标识作为第一个参数，并把第二个参数设置 为D3DSAMP_ADDRESSU，D3DSAMP_ADDRESSV或D3DSAMP_ADDRESSW，就可以分别改变 u，v或w寻址模式。IDirect3DDevice9::SetSamplerState方法的第三个参数决 定要设置的模式，这是一个D3DTEXTUREADDRESS枚举类型值。要取得某一纹理层 当前的纹理寻址模式，只需调用IDirect3DDevice9::GetSamplerState方法，把 第二个参数设置为D3DTEXTURESTAGESTATETYPE枚举类型值，并把第三个参数设置 为用于保存返回的寻址模式的变量的地址。
通过设置纹理寻址模式，应用程序可以控制当纹理坐标位于范围[0.0, 1.0]外时 希望 Direct3D 执行何种操作。例如，应用程序可以设置寻址模式，使纹理平铺 于图元表面。下面的主题包含了更多的细节。
Direct3D使应用程序可以进行纹理环绕，很重要的一点是要注意把纹理寻址模式 设为D3DTADDRESS_WRAP与进行纹理环绕并不相同。把纹理寻址模式设为 D3DTADDRESS_WRAP会使源纹理的多个复本被贴到当前图元的表面，而启用纹理环 绕则会改变系统对贴有纹理的多边形进行光栅化的方式。更多细节，请参阅纹理 环绕。
• 纹理寻址模式 • 无效纹理区域 • 纹理调色板
纹理寻址模式
Microsoft® Direct3D®应用程序可以把纹理坐标值赋给任何图元的任何顶点。更 多细节，请参阅纹理坐标。一般来说，应用程序赋给顶点的u、v纹理坐标值在 0.0 到 1.0 范围内，闭区间。但是，通过把纹理坐标值赋为此范围外的值，应用 程序可以创建某些特殊纹理效果。
纹理的基本概念
早期计算机生成的三维图像看起来往往像是发亮的塑料，虽然这在当时也是比较 先进的，但是它们缺乏各种纹路——如磨损、裂痕、指纹和污渍等，而这些纹路 会增加三维物体的真实感。近年来，纹理已经在开发人员中得到普及并作为增强 计算机生成的三维图像的真实感的工具。 词语“纹理”在日常使用中表示物体的光滑度或粗糙度，但是在计算机图形学中， 纹理指的是一张表示物体表面细节的位图。 因为 Direct3D 中所有纹理都是位图，所以可以把任何位图贴到 Direct3D 图元的 表面。例如，应用程序可以创建物体并使它们的表面看起来有木纹的样式。可以 把草、泥土和岩石等纹理贴在构成山的图元的表面，这样就能得到看起来很真实 的山坡。应用程序也可以用纹理创建其它的效果，如：路边的路标，悬崖边的岩 层，或是地面上的大理石。 另外，Direct3D支持更高级的纹理技术，如纹理混合（包含或不含透明度）和光 照贴图。更多信息请参阅纹理混合和用纹理实现光照贴图。 如果应用程序创建一个 HAL 设备或软件设备，那么可以使用 8、16、24 或是 32 位纹理。 以下主题包含了更多的信息。
• 环绕纹理寻址模式 • 镜像纹理寻址模式 • 截取纹理寻址模式 • 边框颜色纹理寻址模式
环绕纹理寻址模式
环绕纹理寻址模式由D3DTEXTUREADDRESS枚举类型的D3DTADDRESS_WRAP成员表 示，它会使Microsoft® Direct3D®在纹理坐标的整数边界重复使用该纹理。例如， 设想应用程序创建了一个方的图元并把纹理坐标指定为(0.0,0.0), (0.0,3.0), (3.0,3.0)和(3.0,0.0)，把纹理寻址模式设置为D3DTADDRESS_WRAP会使纹理在u 和v方向都重复三次。