[Nori]番外-简单纹理映射

番外会记录一下个人拿nori扩展或者修改的一些特性，不保证正确性，如果有问题请各位大佬指出来，我会非常开心 :)

（没想到吧，除了nori本体的作业，还有会番外篇

啊对了，这里要特地说一下，nori本体是个C++工程，但是因为个人实在不想写C++，就拿C#复刻了一遍nori，基本一模一样，API都一样。不出意外的话，以后文章基本都是以C#为主。（想复刻回C++应该也比较简单吧（大概））

放一下C#版本的repo（顺便求个star）：https://github.com/ksgfk/Pursuit

这是nori番外篇的第一篇文章。我们先来实现一个相对简单，而且效果爆炸的功能

纹理映射

这里有很多部分是跟着Ray Tracing: The Next Week走的

关于什么是纹理，GAMES101第9课已经为我们解释的非常清楚了。像是OpenGL这类图像API支持二维，三维的纹理。不过这里呢我们为了实现简单（挖坑），就只实现二维纹理了。以下说的纹理都是二维纹理。

这里照搬GAMES101那张令人印象深刻的图了

众所周知，纹理也有坐标系，横轴是u纵轴是v，称为纹理坐标，范围0到1。一般来说坐标原点默认是左下角(0, 0)，右上角在(1, 1)。

所以我们只要获取到uv坐标，就可以对纹理进行采样了

一般来说，在建模软件里导出模型时，会同时导出模型的纹理坐标

我们只需要根据光线与三角形相交时的重心坐标，对模型自带的纹理坐标进行插值，就可以得到需要的uv了，和法线插值是一个道理

首先在Common/Intersection.cs里面添加一个uv字段（nori的Intersection声明在mesh.h里面）

public readonly struct Intersection
{
    public readonly Point3F P;
    public readonly float T;
    public readonly IShape Shape;
    public readonly Frame ShadingFrame;
    public readonly Point2F Uv;
}

然后在Common/Mesh.cs的GetIntersectionInfo方法里照着法线插值的代码CV一份改一下变成纹理坐标插值（nori原版的相交信息计算都在accel.cpp里面，不太方便，个人觉得这些可以抽象出来交给图元计算，为以后更多图元类型做准备）

if (mesh.TexCoords.Count > 0)
{
    var tc = mesh.GetTexCoord(index);
    itsUv = bary.X * (Vector2)tc.T0 + bary.Y * (Vector2)tc.T1 + bary.Z * (Vector2)tc.T2;
}

别忘了uv坐标是要在BSDF里使用的，我们在BsdfQueryRecord里也新增一个uv字段，并且在各个积分器里填充

接下来设计纹理类。众所周知，一张贴图的RGB通道不一定都用来保存数据，像是PBR里面metallic，roughness纹理只有R通道保存了数据。也就是说采样的返回值可能有许多类型。我们可以使用泛型（C++模板一样的233）
Common/ITexture.cs

public interface ITexture { }
public interface ITexture<T> : ITexture where T : struct
{
    T Sample(Point2F uv);
}

实现一个最简单的纯色纹理。
Common/ConstantTexture.cs

public class ConstantTexture<T> : ITexture<T> where T : struct
{
    public T Color { get; set; }
    public ConstantTexture(T color)
    {
        Color = color;
    }
    public T Sample(Point2F uv)
    {
        return Color;
    }
}
public sealed class ConstantTexture3F : ConstantTexture<Color3F>
{
    public ConstantTexture3F(Color3F color) : base(color) { }
}
public sealed class ConstantTexture1F : ConstantTexture<float>
{
    public ConstantTexture1F(float color) : base(color) { }
}

The Next Week介绍了一种程序化纹理，看上去像是国际象棋棋盘。以前在shader抄过一个效果类似的…但是忘记出处在哪了…具体实现可以看Common/ChessboardTexture.cs，这里就不放代码了

接下来是从其他地方加载贴图作为纹理。C++可以用stb_image之类的库。C#加载纹理可以使用Magick.NET。巨硬文档不推荐使用System.Drawing

具体怎么加载就不写了，就算有库辅助还是有很多要注意的…总之，最终我们拿到了一个贴图Common/ImageTexture.cs。直接对它采样就可以了。

public class ImageTexture<T> : ITexture<T> where T : struct
{
    public IColorBuffer<T> Image { get; set; }
    protected ImageTexture(IColorBuffer<T> image) { Image = image; }
    public T Sample(Point2F uv)
    {
        float du = uv.X * Image.Width;
        float dv = uv.Y * Image.Height;
        int u = Math.Clamp((int)(du), 0, Image.Width - 1);
        int v = Math.Clamp((int)(dv), 0, Image.Width - 1);
        T color = Image[u, v];
        return color;
    }
}