Unity3D学习笔记10——纹理数组

1. 概述

个人认为，纹理数组是一个非常有用的图形特性。纹理本质上是一个二维的图形数据；通过纹理数组，给图形数据再加上了一个维度。这无疑会带来一个巨大的性能提升：一次性传输大量的数据总是比分批次传输数据要快。

2. 详论

2.1. 实现

创建一个GameObject对象，并且加入Mesh Filter组件和Mesh Renderer组件。Mesh Filter我们可以设置Mesh为Quad，同时在Mesh Filter上挂一个我们新建的材质：

在这个GameObject对象上挂接一个我们创建的C#脚本：

using Unity.Collections;
using UnityEngine;

[ExecuteInEditMode]
public class Note10Main : MonoBehaviour
{
    
    public Texture2D texture1;
    public Texture2D texture2;

    [Range(0.0f, 1.0f)]
    public float weight;

    Material material;

    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
     
        MeshRenderer mr = GetComponent<MeshRenderer>();
        material = mr.sharedMaterial;

        Texture2DArray texture2DArray = CreateTexture2DArray();

        material.mainTexture = texture2DArray;
        material.SetFloat("_Weight", weight);
    }

    Texture2DArray CreateTexture2DArray()
    {
    
        Texture2DArray texture2DArray = new Texture2DArray(texture1.width, texture1.height, 2,
            texture1.format, false);

        NativeArray<byte> pixelData1 = texture1.GetPixelData<byte>(0);
        NativeArray<byte> pixelData2 = texture2.GetPixelData<byte>(0);
                
        texture2DArray.SetPixelData(pixelData1, 0, 0, 0);
        texture2DArray.SetPixelData(pixelData2, 0, 1, 0);

        texture2DArray.Apply(false, false);

        return texture2DArray;
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
    
        material.SetFloat("_Weight", weight);
    }
}

这段C#脚本的意思是，通过传入两个Texture2d，生成一个texture2DArray；并且，将这个texture2DArray传入到材质中。需要注意的是纹理数组中的每个纹理的参数如宽、高等参数都需要一致，否则不能组成纹理数组。

材质使用我们自定义的Shader：

Shader "Custom/TextureArrayShader"
{
    
    Properties
    {
    
		_MainTex ("Texture", 2DArray) = "" {
    }
		_Weight ("Weight", float) = 0.0 
    }
    SubShader
    {
    
        Tags {
     "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
    
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
  
            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
    
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

            struct v2f
            {
    
                float2 uv : TEXCOORD0;       
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY(_MainTex);
			float _Weight;

            v2f vert (appdata v)
            {
    
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;          
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
               
				fixed4 col0 = UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(_MainTex, float3(i.uv, 0));
				fixed4 col1 = UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(_MainTex, float3(i.uv, 1));		
                return lerp(col0, col1, _Weight);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

这里实现的效果是，将纹理数组中的两个纹理根据权重进行混合。权重值也是在C#脚本中传入到Shader中的。在编辑器中将权重调整到中间一点的位置（例如0.5）：

Shader代码也很好理解，关键在于纹理数组相关的宏，其实是对hlsl或者glsl的封装：

#define UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY(tex) Texture2DArray tex; SamplerState sampler##tex
#define UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(tex,coord) tex.Sample (sampler##tex,coord)

#define UNITY_DECLARE_TEX2DARRAY(tex) sampler2DArray tex
#define UNITY_SAMPLE_TEX2DARRAY(tex,coord) tex2DArray (tex,coord)

2.2. 注意

1. 关于纹理数组的创建，也可以使用Graphics.CopyTexture()这个接口。这个接口是纯走GPU端的，效率应该回更高。
2. 纹理数组这个特性在低端显卡上可能不支持，但是不一定就会非常耗费性能。可以考虑通过纹理数组的方式来合并渲染的批次。
3. 纹理数组个数的限制并不是纹理单元个数。实际上一个纹理数组只会绑定到一个纹理单元上，而在本人GTX 1660 Ti的显卡上，纹理数组个数的限制是4096个。

3. 参考

1. Texture2DArray 功能测试
2. What are the limits of texture array size?

代码地址