在 Unity Shader 中，tex2D 是最常用的纹理采样函数，用于从 2D 纹理中读取颜色值。它是实现纹理映射、法线贴图、遮罩效果等的核心工具。

1. 基本语法

fixed4 tex2D(sampler2D sampler, float2 uv);

• sampler：纹理采样器（如 _MainTex），需与 Properties 块中声明的纹理关联。
• uv：纹理坐标，通常是范围为 [0, 1] 的二维向量。
• 返回值：采样到的颜色值（fixed4 或 float4，包含 RGBA 四个通道）。

2. 工作原理

• 纹理坐标：uv 的 (0,0) 对应纹理左下角，(1,1) 对应右上角。
• 采样方式：根据纹理的 Filter Mode（过滤模式）和 Wrap Mode（环绕模式）自动处理插值和边界行为。

3. 核心参数详解

3.1 纹理采样器 (sampler2D)

sampler2D _MainTex;  // 声明采样器

需在 Properties 块中关联纹理：

Properties {
    _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}  // 默认白色纹理
}

3.2 纹理坐标 (uv)

• 范围：默认 [0, 1]，超出范围的行为由纹理的 Wrap Mode 决定。
• 常见处理：

  // 应用材质面板中的缩放和偏移
  o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
  
  // 手动缩放纹理（例如重复4次）
  o.uv = v.uv * 4.0;
  
  // 镜像效果
  o.uv = 1.0 - abs(o.uv * 2.0 - 1.0);
  

4. 纹理参数对采样的影响

4.1 Filter Mode（过滤模式）

控制纹理在缩放时的表现：

• Point：最近邻采样（像素风，硬边缘）。
• Bilinear：双线性插值（平滑过渡，默认）。
• Trilinear：三线性插值（考虑 mipmap，更平滑）。

4.2 Wrap Mode（环绕模式）

控制纹理坐标超出 [0, 1] 时的行为：

• Repeat：重复纹理（需配合 fract 或 mod 使用）。
• Clamp：边缘像素延伸。
• Mirror：镜像重复。

5. 代码示例

5.1 基础纹理采样

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);  // 采样纹理
    return col;
}

5.2 纹理重复（4x4 平铺）

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    float2 tiledUV = fract(i.uv * 4.0);  // 使用fract确保坐标在[0,1]内
    fixed4 col = tex2D(_MainTex, tiledUV);
    return col;
}

5.3 带遮罩的纹理混合

sampler2D _MaskTex;  // 遮罩纹理

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    fixed4 baseCol = tex2D(_MainTex, i.uv);      // 基础纹理
    fixed4 maskCol = tex2D(_MaskTex, i.uv);       // 遮罩纹理
    fixed4 finalCol = lerp(baseCol, _Highlight, maskCol.r);  // 根据遮罩值混合
    return finalCol;
}

5.4 法线贴图采样

sampler2D _NormalMap;  // 法线贴图

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target {
    fixed4 normalCol = tex2D(_NormalMap, i.uv);    // 采样法线贴图
    float3 normal = UnpackNormal(normalCol);       // 解压法线向量
    // 后续光照计算...
}

6. 高级变体函数

6.1 带 Mipmap 级别控制的采样

fixed4 tex2Dlod(sampler2D sampler, float4 uv_and_lod);

• uv_and_lod.xy：纹理坐标。
• uv_and_lod.w：Mipmap 级别（0 表示最高精度）。

6.2 带导数计算的采样（用于抗锯齿）

fixed4 tex2Dgrad(sampler2D sampler, float2 uv, float2 ddx, float2 ddy);

• ddx/ddy：纹理坐标在屏幕空间的导数。

7. 性能与优化

• 减少采样次数：多次 tex2D 会显著降低性能。
• 使用压缩纹理：如 DXT、ETC 格式可减少内存占用。
• 合理设置 Mipmap：远距离物体启用 Mipmap 可提升性能。

总结

tex2D 是 Unity Shader 中纹理采样的核心函数，通过组合不同的纹理坐标处理和参数设置，你可以实现：

• 基础纹理映射
• 纹理重复与镜像
• 遮罩与混合效果
• 法线贴图与光照
• 高级渲染技术（如环境映射、后处理）

在 Unity Shader 中，除了基础的 tex2D 函数外，还有许多其他纹理采样函数，用于处理不同类型的纹理、实现特殊效果或优化性能。

1. 带 Mipmap 控制的采样

tex2Dlod

直接指定 Mipmap 级别，用于精细控制细节程度：

fixed4 tex2Dlod(sampler2D sampler, float4 uv_and_lod);

• uv_and_lod.xy：纹理坐标。
• uv_and_lod.w：Mipmap 级别（0 表示最高精度，值越大越模糊）。

应用场景：程序化纹理、地形 LOD 过渡。

2. 带导数计算的采样

tex2Dgrad

手动提供纹理坐标的导数（用于屏幕空间变化率），优化抗锯齿：

fixed4 tex2Dgrad(sampler2D sampler, float2 uv, float2 ddx, float2 ddy);

• ddx/ddy：纹理坐标在屏幕空间 X/Y 方向的导数。

应用场景：快速移动对象的纹理采样、自定义过滤算法。

3. 3D 纹理采样

tex3D

用于采样体积纹理（如雾效、体积云）：

fixed4 tex3D(sampler3D sampler, float3 uv);

• uv：三维纹理坐标。

应用场景：体积渲染、流体模拟、环境雾。

4. 立方体纹理采样

texCUBE

用于采样立方体贴图（如反射探针、天空盒）：

fixed4 texCUBE(samplerCUBE sampler, float3 direction);

• direction：采样方向向量（从原点指向立方体表面）。

应用场景：反射、折射、环境光照。

5. 投影纹理采样

tex2Dproj

用于实现阴影映射或透视投影纹理：

fixed4 tex2Dproj(sampler2D sampler, float4 uv_proj);

• uv_proj：投影纹理坐标（通常是齐次坐标 (u,v,w,q)，采样时会自动执行 (u/q, v/q)）。

应用场景：阴影贴图、投影广告牌。

6. 双线性过滤的点采样

tex2Dbias

在采样时应用 Mipmap 偏移，实现更精细的控制：

fixed4 tex2Dbias(sampler2D sampler, float4 uv_bias);

• uv_bias.xy：纹理坐标。
• uv_bias.w：Mipmap 偏移值（负值使纹理更清晰，正值使纹理更模糊）。

应用场景：选择性锐化或模糊特定区域。

7. 纹理数组采样

tex2Darray

用于采样纹理数组（一组相同尺寸的纹理）：

fixed4 tex2Darray(sampler2DArray sampler, float3 uv);

• uv.xy：纹理坐标。
• uv.z：纹理数组索引。

应用场景：多材质渲染、纹理动画序列。

8. 采样并比较（用于阴影）

tex2Dcmp

用于阴影采样，将采样值与比较值进行深度比较：

fixed tex2Dcmp(sampler2D sampler, float4 uv_compare);

• uv_compare.xy：纹理坐标。
• uv_compare.z：用于比较的深度值。

应用场景：阴影贴图（与 UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_COMPARE 配合使用）。

9. 特殊采样函数

UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_LOD

Unity 专用的立方体贴图采样，带 LOD 控制：

fixed4 UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_LOD(samplerCUBE sampler, float3 dir, float lod);

应用场景：带反射细节控制的 PBR 材质。

10. 内置宏与辅助函数

UNITY_SAMPLE_GI

采样全局光照（GI）：

UNITY_SAMPLE_GI(lightColor, worldPos, worldNormal);

应用场景：间接光照计算。

总结