刨根问底 DX11曲面细分到底是个啥？

　　曲面细分——更光滑的模型

　　我们已经知道，曲面细分的作用是在原有模型上，将多边形数量大幅增加。一个原来只有100个三角形构成的模型，突然间被赋予了100000个三角形，游戏开发人员能如何利用这些多出来的免费资源？或者说，玩家如何看出100000个多边形的模型和100个多边形模型的区别？

　　由于现在桌面级图形技术都是基于多边形建模原理，所以无论是四边形、三角形、圆形，还是任意形状，都是由数量有限的三角形构成的。这就导致我们经常会发现物体，特别是本应圆滑的物体出现生硬的边缘，即使粗看下是圆滑的边缘，在放大观察的情况下，也是由一条条直线连接而成，这都是因为多边形数量不足造成的。如果想要获得能欺骗视觉的圆滑效果，就必须将多边形数量提升到一定程度。

　　举个例子，现在不再火热但却更加风情万种的劳拉小姐，在《古墓丽影》第一代中出现的时候，全身都是“硬朗”风格的直线条，号称肌肉美女，但并不是游戏开发人员希望把劳拉变成史泰龙，而是在当时图形运算能力极为有限的情况下，多边形数量必须严格控制，否则游戏速度就不能得到保证。在最新的《古墓丽影》版本中，由于硬件机能的极大提升，多边形已经不是游戏开发者值得顾虑的问题，劳拉又回归了最初设定的性感丰满，只是玩家的热情和游戏的素质不再了。

　　还有，当年最红的FPS游戏《Quake III Arena》，当我们把几何细节开到最高的时候，包括门洞等模型都将呈现出比较圆滑的过度，而当几何细节降低后，依然是丑陋的三脚边。虽然id software给这种技术其了很拉风的名字，但实际内容还是通过更多的多边形去近似描绘圆滑表面。

　　以上的两个例子都说明了一个问题，当多边形数量提升后，我们将会获得更平滑圆润的模型，而曲面细分正式能相当轻松的提供给游戏开发者数量极为庞大的多边形去使用，结果自然是让100个三角形的简陋模型变成了100000个三角形的圆润模型。玩家看到的图形效果也就获得了提高，这正是细分曲面提升画质的第一重作用。

　　曲面细分——更多细节的模型

　　同样还是那个由100个三角形组成的模型，同样还是免费的将它升级到100000个三角形，但是这个模型从劳拉变成了怪兽，我们不再需要圆滑，而是丰富可信的细节，这100000个多边形能有什么作用？

　　很多用户都知道凹凸贴图（Bump Mapping）、法线贴图（Normal Mapping）等技术，可以通过贴图的方式提升模型的细节，但是这些贴图技术只是通过欺骗肉眼的方式模拟出细节，而且不能进行深度较大的视角偏移或者拉近观看，否则很容易看出破绽，因为它们都不能对模型本身做任何处理，可以说是光影的欺骗术。

　　而通过曲面细分技术产生的数量巨大的多边形，就给了模型一个“重生”的机会，因为更多的顶点可以通过人工控制的方式实现真实的顶点位移，直接对模型的外形产生影响，让模型具备真实可信的细节，而利用这大量免费多边形产生模型顶点位移的技术就被称作置换贴图（Displacement Mapping）。

　　置换贴图是通过一张深度贴图（实际上可以理解为一张黑白贴图，通过黑白深浅的不同来确定对应的顶点的偏移量），来控制通过曲面细分产生的大量顶点，制造出实际的模型位移，使得模型的细节大幅提升，明显改善画面质量。从实际的意义和效果上说，这将远比简单的平滑模型来的更重要，对于画面的改善效果也更明显。

　　举个例子来说明更容易理解。以目前被广泛使用的DX11测试软件Heaven而言，在开启曲面细分后（实际上是开启了曲面细分+置换贴图的组合），画面的细节程度被极大第提升了，无论是地砖的沟槽还是红龙身上的褶皱骨骼细节，都被细致的描绘了出来，而且由于是通过对模型顶点的位移操作，这些多出来的细节还能产生真实的阴影等效果。反观在关闭曲面细分选项后，一切归于平静，城市不再华丽，红龙也不再威严。

　　置换贴图由于需要大量的顶点去进行位移，所以需要模型具备足够数量的多边形，而曲面细分做的事情也正是如此，这也就成为了它提升画面质量的第二重作用。