為什麼要強調Texture2DArray在地形上的應用？

01-06

看一些資料提到地形系統會採用Texture2DArray來提高效率，但沒有說邊界部分需要Blend的情況下應該怎麼處理。
如果邊界上需要多次Sampling然後手動在shader里lerp的話，效率上會和直接用Texture3D有區別嗎？還是說跟API或是硬體有關？
之前表述有點不太清楚，明確一下問題有2個。

為什麼要強調Texture2DArray可以用於地形，除了減少Bind以外有什麼優勢？既然每個Slice都要Sampling的話，性能上應該沒有明顯區別才對？

假設如一些資料所說Texture2DArray對比多個Texture有性能優勢的話，那麼是不是更極端點直接用Texture3D？Trilinear filtering甚至可以代替Shader里Blend的過程吧？但是實際沒有見過這種做法不知道是不是有什麼沒有考慮到的地方。

（自己沒想清楚一個問題里夾雜了2個疑問非常抱歉，但因為有前後關係也不好拆分）
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Difference between texture arrays and multiple single textures?
退一步講... 為什麼有Texture3D了還要有Texture2DArray呢？（3D也不一定要Trilinear吧？）
Performance advantage of using a TextureArray over an array of Textures?
看這裡的說法主要就是便於綁定，所以DX12出了Bindless就沒用了...
但是這樣還是不能解釋為什麼地形系統傾向於用TextureArray。
地形的貼圖spec一直這些可以理解，但邊界上的Blending應該怎麼都免不了吧？而且不先計算lod的話dynamic branch也不可行的樣子。
資料：
?Witcher裡面提到使用了TextureArray http://twvideo01.ubm-us.net/o1/vault/GDC2014/Presentations/Gollent_Marcin_Landscape_Creation_and.pdf
?Introduction To Textures in Direct3D 11
?Unity - Scripting API: Texture2DArray

為什麼要強調Texture2DArray可以用於地形，除了減少Bind以外有什麼優勢？既然每個Slice都要Sampling的話，性能上應該沒有明顯區別才對？

主要是為了減少 Bind，因為老 API 對 texture slot 個數有限制。

2. 假設如一些資料所說Texture2DArray對比多個Texture有性能優勢的話，那麼是不是更極端點直接用Texture3D？Trilinear filtering甚至可以代替Shader里Blend的過程吧？但是實際沒有見過這種做法不知道是不是有什麼沒有考慮到的地方。

Texture3D 只能對相鄰的兩個 slice 進行插值。

地形貼圖不止用兩張貼圖喲，可能 n 張貼圖同時 blend。

1. 為什麼要強調Texture2DArray可以用於地形，除了減少Bind以外有什麼優勢？

減少bind優勢很大啊。即能減少drawcall，有能減少流水線暫停。即便只有這個優勢，也是一個非常非常巨大的優勢了。

2. 既然每個Slice都要Sampling的話，性能上應該沒有明顯區別才對？

沒有每個slice都要sample，這一點你理解錯了。

3. 退一步講... 為什麼有Texture3D了還要有Texture2DArray呢？

一個mipmap過的Texture3D，在depth方向也是逐層遞減的。而mipmap過的Texture2DArray，只有x和y方向是逐層遞減。Array長度不減。顯然對於地形來說，你要的是後者。

4. 看這裡的說法主要就是便於綁定，所以DX12出了Bindless就沒用了...

是的，有了bindless之後就不需要那些勞什子了。但你要考慮歷史的進程啊。Texture2DArray畢竟是D3D10就有，硬體支持率幾乎100%。

主要可以解決：

1. 減少Binding次數。

2. 在沒有Texture Array之前一般都使用多紋理混合。如果地形只使用部分紋理層，要麼採樣全部紋理後用0權重計算，要麼就在分支中採樣，要麼分組後多次渲染。這些都多少會導致性能問題。

3. 如果使用Texture Atlas或者3D Texture，可能會有不正確的Mipmap。這點有不少人都在答案中提到了。

至於Bindless texture為什麼出來這麼晚，我個人猜測主要是下面這些原因：

第一，Bindless texture要做到有用，得想辦法支持Virtual Address和Page Swap以擴展紋理的地址空間；

第二，Bindless texture會增加Texture state object管理的複雜度；

第三，會導致Texture state object Cache missing，增加Latency hiding的難度；

第四，會鼓勵碼農寫出各種對Cache不友好的代碼。

嗯，大概就這麼多以後想到了再補充/修正吧。

一下鏈接詳細解釋了兩者的區別：

https://www.opengl.org/discussion_boards/showthread.php/185637-2D-Texture-Array-vs-3D-Texture

1L的回答個2L的鏈接都寫的非常詳細。

我再解釋一下：

對於2D Texture Array，只是2d貼圖的數組。一層里包含了所有mip信息。

3D Texture是同一個mip里保存所有層的信息。

常識1：臨近的數據容易做緩存，速度快。

於是對於voxelbased渲染數據，隨時要訪問3d空間信息，而且voxelbased一般mip都會保存特殊內容，當然是根據位置做緩存的3D Texture更有優勢

對於地形渲染，可能附近20平米內都是同一張或者兩張貼圖的fetch，完全不需要緩存所有層次的貼圖，而且20平米內可能會有大量的mip變化，自然是2DTextureArray勝出。至於層之間的blend，應該沒人會在不知情的情況下就用3DTexture的Filtering。都是取出需要的貼圖層來手動混合的。

常識2：上述緩存方案僅僅是邏輯分布，具體GPU是怎麼做的與廠商和驅動都有關。

terrain 不同 layer 之間 blend，本質上就是兩張貼圖通過某種指定權重做 lerp，你似乎把這個和用 linear sampling filter 搞混了。

把 N 張尺寸一樣格式一樣的貼圖放到一個 texture array 中，然後用 linear sampling filter 採樣其中一個 slice，filter 只會作用到這個 slice 的 XY方向（和普通貼圖一樣）。

把 N 張貼圖放到一個 3d texture 中，然後用 linear sampling filter 採樣，就算你採樣的 Z 坐標是整數，採樣出來的圖像也會和前後的 slice 有 filter，因為 linear sampling filter 在 3d texture 上石 XYZ 方向的。

我想你的問題主要是以下兩個：

1. Texture2DArray和Texture2D有什麼區別，為什麼在地形圖上要使用前者？
首先，像前面人回答的一樣，texture2Darray可以減少binding的次數，但是這並不是主要原因。最重要的是Texture2DArray可以實現layer間的sampling blending。舉個簡單的例子，假設你的Texture2DArray中有三層，在某個場景下你需要從第二層和第一層分別sampling，再進行blending時，Texture2DArray就有這樣的硬體支持。一般GPU Texture pipeline中，Texture2DArray的紋理坐標由r,s,t三個維度組成，而普通texture2D的只有r,s兩個維度。這就意味著在計算LOD時，texture2D沒有辦法實現layer與layer之間的blending，相反Texture2DArray就可以。這要比你在Fragment shader中，讀取多個單一2維texture再blending要快多了。

2. Texture2DArray和Texture3D有什麼區別，為什麼不直接用Texture3D？

很多人對於這兩者都有些迷惑。舉個最形象的例子，Texture2DArray像一個相冊，每一頁都是一個獨立的圖片。而Texture3D像一個香腸，你用刀把它切成了幾節，每一節看成一個2D texture。了解到這點，你就知道為什麼在地形圖這種場景下，要使用Texture2DArray了。

希望我的回答能對你有用。

bind texture對於api是非常費cpu的操作。如果沒有bind texture array。綁定八個貼圖需要8個bing texture。可能需要幾百毫秒。有了texture array。一個綁定操作就可以了。

對於dx12 或者 Vulkan。沒有綁定texture的概念。一個texture 已經很像cpu的一個內存指針。想用多少都可以。