修正：
我重新觀察了一下Torque引擎Demo的地形，發(fā)現(xiàn)在他在一個方塊內(nèi)最多用了3張貼圖。這3張貼圖就需要3個Texture Stage，再加上2個提供Alpha值的Stage，總共就是5個Texture Stage。這對顯卡要求太高，至少我的顯卡只支持4個Texture Stage。那么就必須使用MultiPass了，多遍渲染。這篇文章說的把Alpha信息存儲在頂點Diffuse里面的方法，還是值得考慮的。因為如果是用Alpha圖的話，Alpha圖總會被拉伸得很厲害，使得地形上不同貼圖之間仍然不能自然過渡。除非你的地形有更大的區(qū)域概念，對一個區(qū)域使用一張Alpha圖，這可能會解決Alpha圖被過度拉伸的問題。不然，你只使用全局唯一的一張Alpha圖的話，將很難收到理想的效果。
由定點的Diffuse提供Alpha有一個好處，那就是D3D會做插值運算，這樣就不會讓某一點的Alpha擴展成斑塊，因為它擴展出來的新值會被D3D插值運算的。那么要實現(xiàn)Torque那樣的最多支持3張紋理混合，同一個地形就需要2份Diffuse。可以考慮使用多流的技術，讓Diffuse數(shù)據(jù)作為一個單獨的流。
原文
地形多層紋理混合加陰影渲染方法
地形由于十分龐大，需要大量頂點，所以往往占用很多內(nèi)存空間，那么就應該在地形貼圖上想辦法節(jié)約空間。很多游戲的地形，雖然看上去不同地點的紋理好像互不相同，地表紋理十分豐富，但其實真正用的貼圖是很少的，之所以還能產(chǎn)生地表紋理變化多端的視覺效果，是因為使用了Alpha混合和陰影，從而產(chǎn)生一種錯覺。2.5D的網(wǎng)絡游戲《奇跡》（MU）、全3D引擎Torque（多人聯(lián)網(wǎng)FPS游戲《部落2》即使用此引擎）、全3D的滑雪游戲《極限滑雪》（Supreme Snowboarding），都是這么做的。（參見文章末尾的截圖）
我對此設想了一個解決方案。需要用到頂點【重劍注：不明白頂點格式的看這里Vertex Formats】的Diffuse顏色、3個TextureStage。其實所謂的多層紋理，具體到一個三角形上的時候，很多游戲只用了2層紋理來做Alpha混合（因為也許玩家的顯卡只支持2層MultiTexture混合），然后再一層光照紋理。前2層紋理要做Alpha混合，Alpha來自哪里？若使用Alpha貼圖，就必然再增加一層TextureStage，而我選擇使用頂點的Diffuse就可以省掉這一層TextureStage：由Diffuse的Alpha通道提供Alpha值供前兩層TextureStage混合使用。下面是在D3D中的設置：
// TextureStage 0
pd3dDevice->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_COLOROP, D3DTOP_SELECTARG1 );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_COLORARG1, D3DTA_TEXTURE );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 0, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_DISABLE );
// TextureStage 1
pd3dDevice->SetTextureStageState( 1, D3DTSS_COLOROP, D3DTOP_BLENDDIFFUSEALPHA );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 1, D3DTSS_COLORARG1, D3DTA_TEXTURE );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 1, D3DTSS_COLORARG2, D3DTA_CURRENT );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 1, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_DISABLE );
在TextureStage 0，什么也沒做，把第一層紋理原封不動的留給TextureStage 1；在TextureStage 1，COLOROP使用D3DTOP_BLENDDIFFUSEALPHA，也就是使用來自頂點Diffuse的Alpha值作為混合因子混合第2層紋理和TextureStage 0原封不動留下來的第1層紋理。混合公式如下（來自DX幫助文檔）：
Result = Arg1 * Alpha + Arg2 * (1 – Alpha)
Arg1是來自第2層紋理的顏色，Arg2是來自TextureStage 0原封不動留下來的第1層紋理的顏色。并且，這里的Alpha值是D3D插值運算后得到的，因此混合效果很平滑。
你不相信2層紋理混合就能得到豐富的地表視覺效果嗎？你應該相信，因為雖然Arg1和Arg2總是恒定不變的來自2個貼圖，因此對三角形上的同一點來說，這兩個是常量，但Alpha值卻是個變量，Alpha值取不同的值就會產(chǎn)生不同的Result。
假設與Arg1相對應的貼圖是一個草地的貼圖，與Arg2相對應的貼圖是一個沙地的貼圖，在一片地形區(qū)域內(nèi)，僅使用這兩張貼圖，但是由于各頂點的Diffuse的Alpha值不同，你會看到最終渲染出來的這片地形區(qū)域，草地的分布并不均勻，有些地方草的樣子多一些，有些地方沙的樣子多一些。這種效果看上去已經(jīng)很自然了。
當然并不限制你在一個地形場景上使用更多的地表紋理，但是對一個三角形來說，2張紋理已經(jīng)足夠，其它紋理請用在其它三角形上吧，這可以產(chǎn)生更豐富的地貌。比如你想讓另一片地形區(qū)域是雪地和巖石的風格，那么在那片區(qū)域上就使用1張雪地貼圖、1張巖石貼圖。現(xiàn)在這個關卡里面共有4張貼圖了，但同一個三角形仍然只使用2張貼圖（這是硬件的限制啊！！）。
現(xiàn)在來說陰影。前面已經(jīng)使用了頂點Diffuse的Alpha通道，現(xiàn)在他的RGB三個分量也要派上用場了。在D3D中設置如下：
// TextureStage 2
pd3dDevice->SetTextureStageState( 2, D3DTSS_COLOROP, D3DTOP_MODULATE );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 2, D3DTSS_COLORARG1, D3DTA_DIFFUSE );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 2, D3DTSS_COLORARG2, D3DTA_CURRENT );
pd3dDevice->SetTextureStageState( 2, D3DTSS_ALPHAOP, D3DTOP_DISABLE );
這是第3個TextureStage，COLOROP為相乘，Arg1設為Diffuse，是來自經(jīng)過D3D插值運算的頂點Diffuse顏色，Arg2是Current就是TextureStage 1產(chǎn)生的結果。混合公式如下：
Result = Arg1 * Arg2
顏色雖是RGB三個字節(jié)（或者其它顏色格式），但D3D會將它們拆成單獨的3個RGB通道值（0-1之間的浮點數(shù)）。相乘運算可以貼上彩色的光影效果。
有一個問題是，人們當初選擇使用光照圖就是為了能夠提高光影的精確度，因為頂點光照只作用于頂點，雖然渲染API會在頂點之間做插值，但這也只在頂點很密集的時候才會有很精確的光照，如果定點很稀疏甚至不能產(chǎn)生正確的光照效果。這里使用頂點Diffuse，會不會也得不到令人滿意的光照效果呢？
我想過使用一整張光照圖鋪在整個地形上，但我忽然想起這與基于heightmap的地形生成技術面臨一個同樣的問題，精度。使用heightmap，為了減小游戲體積，這個heightmap不可能很大，不可能每一個高度點只對應一個頂點，而是多個頂點被映射到同一個高度點上去了。一整張光照圖也面臨同樣的問題，也許多個頂點使用光照圖上的同一個像素呢？如果兩個頂點用的是光照圖上的同一個像素，那頂點之間的空間也肯定是用這個像素點了，這樣是不會提高精度的。把光照圖的尺寸增大？那是選擇512*512呢，還是1024*1024？
而實際上，LOD地形的頂點總是很密集的。至少在靠近照相機的區(qū)域是這樣的，往往比室內(nèi)建筑的頂點還要密集。雖然還沒密集到可以讓D3D的聚光燈產(chǎn)生滿意效果的地步，但已足夠使用頂點光照模擬地形因高低起伏而產(chǎn)生的陰影效果。何況業(yè)界普遍認為地形渲染的精度是低于室內(nèi)渲染一個檔次的（新游戲FarCry是個例外）。
更妙的是，頂點光照信息可以存儲在高度圖里，我們把高度點從一個unsigned char改為一個多字節(jié)的數(shù)據(jù)結構：
struct HeightPoint
{
unsigned char height; // 用于計算定點的Y坐標值，用于渲染地形高度起伏
unsigned char alpha; // 定點diffuse的alpha，用于多層紋理混合
unsigned char red; // 頂點diffuse的red，用于光照
unsigned char green;; // 頂點diffuse的green，用于光照
unsigned char blue; // 頂點diffuse的blue，用于光照
};
這樣高度圖信息不僅包含高度信息，也包含多層紋理混合信息、光照信息。當動態(tài)創(chuàng)建地形的時候，在讀取高度數(shù)據(jù)的同時也能得到與該頂點對應的diffuse值，非常方便。
下面是用DX自帶的MFCTex程序驗證理論。3個TextureStage正是使用上面所說的設置方法。
圖1
env2.bmp是一個磚墻的貼圖，caust11.tga是一個水面波紋的貼圖，env3.bmp沒有被使用。Diffuse顏色是0x77ff0000，是純紅色，但alpha值為119。
Stage0把env2.bmp的圖像數(shù)據(jù)原封不動的保留給Stage1。Stage1的COLOROP使用D3DTOP_BLENDDIFFUSEALPHA的方法，以diffuse的alpha值（119 => 0.53）為混合因子混合caust11.tga和env2.bmp，公式是：ResultOfStage1 = caust11.tga * 0.53 + env2.bmp * (1 – 0.53)，得到的視覺結果是我們既能看到磚墻又能看到水面波紋，他們被半透明的混合起來了。Stage2使用相乘，把diffuse的RGB三分量與ResultOfStage1（Current就是ResultOfStage1）上對應點的RGB三分量乘起來，由于diffuse的RGB是ff0000純紅色，完全沒有green和blue分量，所以這次得到的視覺結果是整個墻壁偏紅色。這樣我們就產(chǎn)生了墻壁上被投上了水面折射的波紋，而整個墻壁又被一片紅光照亮的效果。
下面來看看Torque引擎、《極限滑雪》的地形貼圖渲染效果。
首先是Torque。Torque引擎的Demo所使用的紋理文件都沒有打包，所以我很容易找到這些文理，用Photoshop給它們畫上標記，再到游戲中看他們是如何被混合、以及怎樣貼到地面上去。這個Demo只用了3張地形紋理：1個grass.jpg，1個sand.jpg，1個patchy.jpg。每張紋理我先用紅色粗線條勾出它的4條邊，再在左上角和右下角用寫上它的文件名，我還給它們寫上中文譯名，grass.jpg是“草”，sand.jpg是“沙”，patchy.jpg是“稀疏的草地”。來看截圖：
圖2
每張地形紋理都是256*256的，從空中這個角度看，每張紋理都被映射到地形上一個相當大的方形區(qū)域，所以鏡頭貼近地面的時候，會變得很模糊，但Torque會在這時貼上細節(jié)紋理（參見后面的截圖），一個叫detail1.png的圖片文件（還是只有1張，但效果很好），這是另一個技術了，在此不表。圖中，凡是黃色區(qū)域都來自sand.jpg。我們看那個左邊有“稀疏的草地”的方形區(qū)域，這個區(qū)域用的是patchy.jpg和sand.jpg兩張紋理混合的，“地”字就剛好位于混合邊界，所以模糊了。混合因子不是頂點diffuse的alpha嗎？所以這個區(qū)域里面，要有更多的頂點，沒問題，Torque使用四叉樹來創(chuàng)建地形，這個方形區(qū)域里面被細分為更小的方形區(qū)域，而且不是平衡的（LOD技術），所以有足夠的頂點，同時看上去混合邊界是扭曲的。這個Demo可以切換為線框渲染模式，我好好觀察了那些頂點的分布，確實跟Alpha混合的分布相一致。
再來一張截圖：
圖3
從這個截圖里面看出，陰影的存在確實起到了豐富視覺效果的作用。看左邊那個方形區(qū)域，幾乎全是沙地，但有陰影的存在，效果就好多了。你可能覺得它的陰影很細致，但別忘了這是一個全3D的FPS游戲，我是在很高的空中俯拍的。
另一個游戲《極限滑雪》，這是歐洲某個國家制作的商業(yè)游戲。雖是商業(yè)游戲，它的紋理文件也沒有打包，赤裸裸的jpg、tga，所以我把這些紋理都替換為只有一個顏色的圖片，再勾勒出圖片的四條邊，打上文件名。由于是個滑雪游戲，所以場景中最常見的顏色就是白色了，所以大范圍內(nèi)只使用同一張紋理用得理直氣壯。
圖4
當然要加上陰影，不然真的會灼傷玩家的眼睛呢。有了陰影，效果好一些了。再加上彩色的光影，還蠻令人著迷的，看圖：
圖5
游戲中的山頭和公路都需要別的紋理來混合。
圖6
看圖6的陰影，尤其是左邊的，有較為明顯的梯級，右邊的呈矩形，應該是那棵樹的影子，但卻很渙散，很不對勁，跟頂點光照的效果十分相像，可能是場景編輯器把計算出來的影子信息存儲到頂點的diffuse中去了。
這個游戲的雪地紋理只有2張，另一張出現(xiàn)的頻率較小。
附：Torque的細節(jié)紋理
圖7