关于地形altas的处理

前几天在群里跟人讨论地形atlas的问题，因为Blade也是用的4x4的atlas（16张纹理），但是大概是几年前做的，所以一些细节忘记了，在这里做下备忘。

1.atlas就是图集，图册，把多个纹理打包成一个。dx11完全可以用texture array了。mobile上还有使用的可能。下面的图来自网络，展示地形altas的分布方式

2.atlas不仅可以用于地形，比如很多小物件的mesh，放在一张贴图上，一般不像地形的纹理那么规则。这样可以共享纹理，可以用一个drawcall 画出来提高效率；或者减少texture/sampler state切换，提高效率；

3.atlas最大的问题是tiling模式的问题，因为硬件tiling不可用，需要tiling的是某个子区域，所以需要在shader里处理

4.shader里一般用frac(uv)来模拟repeat/wrap的tiling效果

5.frac()的结果是不连续的，[0,1) 而不是[0,1] 所以uv [0,1) ~ [0,1) ,会有1)~[0的跳变。 uv跳变的结果就是mipmap变成最低级别，一般退化为纯色，所以会有缝隙。 这里牵扯到mipmap的计算方法。一般硬件都是根据ddx(uv)和ddy(uv)，即屏幕空间的uv变化率来计算，变化率越高说明uv的变化越快，越需要低频的低LOD优化。
解决方法：

shader model 2.0一下可以不使用mipmap，勉强绕过问题
shader model 2.x 可以用tex2Dgrad，手动传入frac之前的ddx ddy(uv)，这样就不会有跳变

shader model 3.0+可以用tex2Dlod, 指定mip LOD。用frac之前的ddx，ddy自己计算mipmap

6.atlas 的bilinear bleeding问题：每个子纹理采样到边缘时，会采样到邻接的子纹理，这是bilinear bleeding导致的缝隙。shader model 2.0可以关闭bilinear filtering。

shader model 2.0+， 可以根据ddx ddy自己计算mipmap， 根据贴图原始大小比如512x512，就能得到每个mipmap的大小，比如mip1为256x256， 即能得到这个mip级别下，半个像素的uv跨度，比如mip1 256x256，半个像素的uv跨度为0.5/256.0，从而偏移半个纹理元素，对于边缘纹素，只采样其中心，这样就不会有bleeding。

7.手动模拟repeat/wrap，而且对边缘像素去掉了bilinear filtering，tiling的时候也不够自然。 所以Blade会在生成atlas的时候，会在CPU对边缘做4个像素的过渡，（4个像素一般是一个压缩纹理的一个block，边缘像素需要解压-混合-压缩）再填充到atlas

以上是atlas的原理和问题，而使用的主要目的当然是为了优化。 优化结果：

1.4x4的atlas可以支持16张贴图，比如512x512或者1024x1024的地形，通常为了合并drawcall和减少sampling state切换，都共享纹理。如果不是用atlas，通常由于纹理绑定数量的限制，加上normal map和specular map，那么共享4-7张就最多了。 也就是说一个tile只有4种纹理，使用atlas可以有16种甚至更多。 （dx11+ 当然还是texture array更方便，没有上边那些破事）

2.目前Blade有4x4的albedo，和4x4的normal map。normal map在对高的材质LOD才会有。 因为用atlas就不需要纹理状态切换，所以可以合并draw call。一个tile最多两个draw call。3x3 tile的地形，draw call 在10~13个之间。

如果加上specular，和远处雾色的低LOD，合并draw call后每个tile最多3~4个draw call， 3x3的tile，draw call大概在18左右。

合并的方式： 一个地形块（tile）内的所有block（chunk）共享同一个vertex buffer，并使用CPU（soft） index buffer，剔除后可见的block的CPU index buffer合并为一个GPU index buffer。

3.关于slpatting blend map的优化： 4通道的RGBA8，如果压缩的话，精度丢失，而且因为纹理的block compression的问题，会导致混合结果呈块状，所以一般不压缩。解决方法是使用RGBA4的blend map，精度减半但是占用内存减少一半，所以适合mobile。

其实用的是5551/565，提高了一点精度(相对于R4G4B4A4提高了一倍精度），同时占用资源不变。使用5551/565的方式是因为四个通道的和为1，有了三个通道就能算出第四个，前面的笔记里有记录。