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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：

imglink1

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）：
imglink2

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

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。
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。
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

代码地址

【转载】Unity3D 学习笔记 10 —— 纹理数组