3D 纹理

3D 纹理是位图图像，其中包含三维信息，而不是标准的二维信息。3D 纹理通常用于仿真诸如雾或烟的体积效果，模拟体积 3D 网格，或存储动画纹理并在这些动画纹理之间平滑混合。

3D 纹理大小

3D 纹理的最大分辨率为 2048 x 2048 x 2048。

请注意，随着分辨率的提高，3D 纹理在内存中和磁盘上的大小会迅速增加。一个没有 Mipmap 且分辨率为 16 x 16 x 16 的 RGBA32 3D 纹理具有 128KB 的大小，而分辨率为 256 x 256 x 256 时则具有 512MB 的大小。

导入 3D 纹理

您可以从划分成单元格的源纹理文件导入 3D 纹理。这些被称为翻页纹理。为此需要执行以下操作：

1. 将源纹理导入您的 Unity 项目。
2. 在您的项目视图中，选择生成的纹理资源。Unity 将在 Inspector 中显示纹理导入设置。
3. 在 Inspector 中，将 Texture Shape 设置为 3D。Unity 显示 Columns 和 Rows 属性。
4. 将 Columns 和 Rows 设置为适用于翻页纹理的值。
5. 单击 Apply。

有关更多信息，请参阅纹理导入设置。

从脚本创建 3D 纹理

Unity 使用 Texture3D 类来表示 3D 纹理。使用此类可以在 C# 脚本中与 3D 纹理进行交互。

下面的示例是一个编辑器脚本，该脚本创建一个 Texture3D 类的实例，用颜色数据填充该实例，然后作为序列化资源文件保存到项目中。

using UnityEditor;
using UnityEngine;

public class ExampleEditorScript : MonoBehaviour
{
    [MenuItem("CreateExamples/3DTexture")]
    static void CreateTexture3D()
    {
        // 配置纹理
        int size = 32;
        TextureFormat format = TextureFormat.RGBA32;
        TextureWrapMode wrapMode =  TextureWrapMode.Clamp;

        // 创建纹理并应用配置
        Texture3D texture = new Texture3D(size, size, size, format, false);
        texture.wrapMode = wrapMode;

        // 创建 3 维数组以存储颜色数据
        Color[] colors = new Color[size * size * size];

        // 填充数组，使纹理的 x、y 和 z 值映射为红色、蓝色和绿色
        float inverseResolution = 1.0f / (size - 1.0f);
        for (int z = 0; z < size; z++)
        {
            int zOffset = z * size * size;
            for (int y = 0; y < size; y++)
            {
                int yOffset = y * size;
                for (int x = 0; x < size; x++)
                {
                    colors[x + yOffset + zOffset] = new Color(x * inverseResolution,
                        y * inverseResolution, z * inverseResolution, 1.0f);
                }
            }
        }

        // 将颜色值复制到纹理
        texture.SetPixels(colors);

        // 将更改应用到纹理，然后将更新的纹理上传到 GPU
        texture.Apply();        

        // 将纹理保存到 Unity 项目
        AssetDatabase.CreateAsset(texture, "Assets/Example3DTexture.asset");
    }
}

预览 3D 纹理

Unity 编辑器具有三种不同的可视化模式，可用于预览 3D 纹理：

• 体积可视化模式将 3D 纹理渲染为半透明立方体
• 切片可视化模式渲染 3D 纹理的三个轴中每个轴的单个切片
• SDF可视化模式将纹理渲染为 3D 空间中的有向距离场

您可以在 Inspector 中预览 3D 纹理，或者编写脚本以使用 Handles API 在 Scene 视图中预览。使用 Inspector 既快捷又方便，但不允许使用自定义渐变。Handles API 允许您根据您的确切需求来配置预览，并允许使用自定义渐变。

使用 Inspector

要在 Inspector 窗口中预览 3D 纹理：

1. 在您的 Project 窗口中，选择 Texture Asset。Inspector 现在显示此纹理资源的纹理资源导入器，Unity 会在 Inspector 底部渲染 3D 纹理的预览。
2. 导航到 3D 纹理预览上方的工具栏。
3. 使用工具栏右侧的按钮在体积、切片和 SDF 可视化模式之间进行选择。预览图像和工具栏上的按钮会根据预览模式而变化。

体积

在此可视化模式中，Unity 将 3D 纹理渲染为半透明立方体。

工具栏中会显示以下控件：

控件：	功能：
Ramp	启用和禁用颜色渐变可视化。如果图像包含很多细微的细节，请启用 Ramp 使这些细节更容易看到。
Quality	设置每纹理像素样本数。该值越高渲染质量越好。
Alpha	控制可视化的不透明度。值为 1 表示完全不透明，值为 0 表示完全透明。调整以查看内部像素。

切片

在这种可视化模式下，Unity 渲染 3D 纹理的每个轴平面的切片。

工具栏中会显示以下控件：

控件：	功能：
Ramp	启用和禁用颜色渐变可视化。如果图像包含很多细微的细节，请启用 Ramp 使这些细节更容易看到。
X	设置 x 轴上的切片位置，以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。
Y	设置 y 轴上的切片位置，以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。
Z	设置 z 轴上的切片位置，以纹理像素为单位。调整以查看特定切片。

SDF

在这种可视化模式下，Unity 在 3D 空间中使用有向距离场渲染模式来渲染 3D 纹理。 请注意，此可视化模式仅支持非定向的有向距离场。

工具栏中会显示以下控件：

控件：	功能：
Scale	与射线步长相乘的数字。射线步长是两个相邻像素之间的距离。 如果可视化的远处部分被截断，请尝试增加该值。如果根本没有渲染可视化，请尝试减少该值。
Offset	渲染表面的像素强度。当此值为正时，Unity 将扩展渲染表面。当此值为负时，Unity 会将空白空间渲染为曲面，将曲面渲染为空白空间。

使用 Handles API

有关使用 Handles API 预览 3D 纹理及代码示例的信息，请参阅以下文档：

• Handles.DrawTexture3DVolume
• Handles.DrawTexture3DSlice
• Handles.DrawTexture3DSDF

在着色器中使用 3D 纹理

下面是一个使用 3D 纹理来可视化体积的简单光线追踪 (Raymarching) 着色器示例。

Shader "Unlit/VolumeShader"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 3D) = "white" {}
        _Alpha ("Alpha", float) = 0.02
        _StepSize ("Step Size", float) = 0.01
    }
    SubShader
    {
        Tags { "Queue" = "Transparent" "RenderType" = "Transparent" }
        Blend One OneMinusSrcAlpha
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

            // 最大光线追踪样本数
            #define MAX_STEP_COUNT 128

            // 允许的浮点数误差
            #define EPSILON 0.00001f

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 objectVertex : TEXCOORD0;
                float3 vectorToSurface : TEXCOORD1;
            };

            sampler3D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;
            float _Alpha;
            float _StepSize;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;

                // 对象空间中的顶点将成为光线追踪的起点
                o.objectVertex = v.vertex;

                // 计算世界空间中从摄像机到顶点的矢量
                float3 worldVertex = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
                o.vectorToSurface = worldVertex - _WorldSpaceCameraPos;

                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }

            float4 BlendUnder(float4 color, float4 newColor)
            {
                color.rgb += (1.0 - color.a) * newColor.a * newColor.rgb;
                color.a += (1.0 - color.a) * newColor.a;
                return color;
            }

            fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                // 开始在对象的正面进行光线追踪
                float3 rayOrigin = i.objectVertex;

                // 使用摄像机到对象表面的矢量获取射线方向
                float3 rayDirection = mul(unity_WorldToObject, float4(normalize(i.vectorToSurface), 1));

                float4 color = float4(0, 0, 0, 0);
                float3 samplePosition = rayOrigin;

                // 穿过对象空间进行光线追踪
                for (int i = 0; i < MAX_STEP_COUNT; i++)
                {
                    // 仅在单位立方体边界内累积颜色
                    if(max(abs(samplePosition.x), max(abs(samplePosition.y), abs(samplePosition.z))) < 0.5f + EPSILON)
                    {
                        float4 sampledColor = tex3D(_MainTex, samplePosition + float3(0.5f, 0.5f, 0.5f));
                        sampledColor.a *= _Alpha;
                        color = BlendUnder(color, sampledColor);
                        samplePosition += rayDirection * _StepSize;
                    }
                }

                return color;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

如果将此着色器用于在页面顶部的示例中创建的 3D 纹理，则结果将如下所示：