UV 映射与展开：3D模型纹理贴图基础

什么是 UV 映射

UV 映射（UV Mapping）是将 3D 模型表面的顶点映射到 2D 纹理坐标系的过程。UV 坐标（通常称为 U 和 V，对应纹理的水平和垂直方向）指定了纹理图像上的位置，使纹理能正确包裹在 3D 模型上。UV 映射是纹理贴图的基础，对于材质表现至关重要。

UV 展开

UV 展开（UV Unwrapping）是将 3D 网格的三角形面片展开到 2D 平面，生成 UV 布局的过程。理想的 UV 展开应尽量减少拉伸、重叠和接缝，保证纹理在模型上均匀分布。

展开方法

• **自动展开**：软件根据算法自动生成 UV，如 Blender 的 Smart UV Project、Unfold3D 等。
• **手动展开**：艺术家手动切割接缝，使用松弛、展开工具调整 UV，获得最佳布局。
• **投影展开**：从特定视角投影模型到平面，如平面、圆柱、球面投影。

在游戏资产中，通常需要手动优化 UV 布局，以提高纹理密度和减少接缝。

UV 映射的注意事项

• **接缝**：UV 边界处纹理可能不连续，需将接缝放置在隐蔽处（如模型内侧、背面）。
• **拉伸**：UV 面片与 3D 面片比例不一致导致纹理拉伸，需要均匀展开。
• **重叠**：多个面片使用相同 UV 区域（如对称模型），可以节省纹理空间，但需注意法线贴图等。
• **纹理密度**：保持模型各部分像素密度一致，避免某些区域模糊。
• **UV 通道**：模型可以有多个 UV 通道，用于不同贴图（如光照贴图使用第二套 UV）。

在游戏引擎中的使用

在 Unity 和 Unreal 中，导入模型时自动读取 UV 坐标。光照贴图需要第二套 UV（UV1），要求 UV 不重叠且在 0-1 范围内。引擎提供 UV 检查工具（如 Unreal 的 UV 密度视图）。

常见问题

UV 坐标范围是多少？

UV 坐标通常范围在 [0,1] 之间，对应纹理左下角到右上角。超出范围会导致纹理重复（取决于 Wrap 模式）或钳制。

为什么光照贴图需要第二套 UV？

因为第一套 UV 可能有重叠和拉伸，不适合烘焙光照。第二套 UV 需要唯一且非重叠，以确保光照贴图正确。

UV 展开中的岛是什么意思？

岛是 UV 展开中一组连续的面片，它们共享 UV 空间。每个岛之间有空隙，以避免纹理渗色。

如何检测 UV 拉伸？

在 3D 软件中，可以显示 UV 棋盘格或使用拉伸可视化工具。引擎中也有类似视图。

UV 贴图和纹理坐标有什么关系？

UV 贴图是顶点属性，存储每个顶点的 UV 坐标，光栅化时插值得到片元 UV，用于纹理采样。