Bump mapping a normální mapování jsou dvě různé metody, jak dělat totéž: vytvoření iluze povrchové textury na vizuální počítačový model.

tyto metody jsou užitečné vědět, zda vytváříte postavy videoher nebo vykreslujete 3D animace.

Bump mapy ukládají obraz ve stupních šedi, takže tmavé skvrny se objevují hlouběji a poskytují kontrast pro lehčí „hrboly“.“Normální mapy používají měřítko RGB k odvození normálů 3D vektorů na povrch 3D. To triky vykreslené světlo do vytváření světel a stínů. Obě metody ponechávají geometrii nezměněnou.

Znalost rozdílů mezi těmito dvěma technikami může pomoci určit, která z nich je vhodnější pro danou aplikaci. Čtěte dále a dozvíte se více o obou, abyste je mohli přidat do tašky triků.

hlavním rozdílem je osvětlení

cílem obou těchto map je dát povrchu iluzi textury na povrchu, který nemá žádnou strukturu. To je výhodné pro videohry, protože to znamená, že síťka modelu nemusí být tak jemná,že fyzicky zachycuje všechny malé detaily, jako je mapa posunutí.

mapa vytváří tuto iluzi tím, že zkresluje způsob, jakým vykreslené světlo interaguje s povrchem. To je také místo, kde bump mapa může být omezující, v závislosti na tom, jakou úroveň detailů se snažíte dosáhnout.

• mapa bump říká vykreslovači, které oblasti povrchu jsou jasnější a které oblasti jsou tmavší, bez ohledu na směr světelného zdroje.
• normální mapa spojuje umělé povrchové normály se zbytkem 3D prostoru a matematicky určuje, jak textura interaguje s vykresleným světelným zdrojem.

výsledkem je, že v obou případech se zdá, že geometricky hladký tvar má velmi podrobnou povrchovou strukturu. Mapa bump však začne váhat, když je texturovaný objekt prohlížen z různých úhlů. Vnímaná struktura pravděpodobně nebude interagovat s environmentálním světlem věrohodným způsobem.

abychom tomu porozuměli více, podívejme se, jak každá metoda jde o Vykreslování textury.

mapa Bump používá nastavené Stupně šedi pro manipulaci s výškou

pokud byste měli vytvořit mapu bump nebo se jen podívat na jednu, uvidíte černobílý obrázek. Nic víc na tom není. Mapa v podstatě používá tyto stupně šedi k tomu, aby vykreslovacímu modulu řekla, která místa jsou světlá a která jsou tmavá.

• černé oblasti na mapě označují tmavá nebo“ zapadlá „místa na povrchu
• bílé oblasti na mapě označují zvýrazněná nebo“ vyčnívající “ místa na povrchu
• a každý odstín šedé mezi nimi se podle toho chová.

většina vykreslovacích motorů to dělá spojením odstínu šedé s normálním vektorem povrchu. Vzhledem k tomu, že normální vektory jsou, jak vykreslovací stroj „vidí“ povrch, je to způsob, jak ho přimět k Vykreslování textury na skutečně hladkém povrchu.

vztah mezi stupněm šedi a povrchem je jako takový:

• Černá = tečna k povrchu
• Bílá = normální k povrchu

a jakýkoli odstín šedé mezi změnami úhlu normálního vektoru. To je šikovné, protože umožňuje, aby obraz ve stupních šedi fungoval jako překladatel mezi lidským herním designérem, který vidí obraz v černé barvě & bílé, a vykreslovacím strojem, který vidí obraz z hlediska povrchových normálů.

nyní, jak již bylo zmíněno, je tato metoda nedostatečná, pokud jde o osvětlení. Mapa bump nastavuje normální rozložení pevného povrchu. Jinými slovy, vytváří pouze lokální světelné efekty. Renderovacímu modulu řekne pouze to, které oblasti povrchu jsou tmavší než ostatní ve vztahu k sobě.

takže mapa bump neposkytuje vykreslovací engine natolik, aby zvážila, odkud pochází globální světelný zdroj ve vztahu k detailům na povrchu. To by mohlo vést k situaci, kdy stíny povrchu skutečně čelí světelnému zdroji,a světla jsou tam, kde byste očekávali, že stíny budou.

pokud koncový uživatel vidí stíny, kde jeho oko očekává zvýraznění, může být grafika méně uvěřitelná. To neznamená, že bump mapy jsou zcela zastaralé, ačkoli. Mohou být použity samostatně nebo ve spojení s jinými mapami, aby skutečně zlepšily celkové Vykreslování. Dostaneme se do některých osvědčených postupů v trochu, ale nejprve trochu na normálních mapách a jak interagují s osvětlením.

Normální mapa používá RGB k manipulaci se světlem

jak jsme již zmínili, normální mapy mají schopnost lépe začlenit globální osvětlení do vnímané povrchové struktury objektu.

dělají to tím, že poskytují vykreslovacímu stroji třetí informační nebo barevný kanál, který má být použit. V porovnání, bump mapa technicky poskytuje pouze dva barevné kanály k použití; černá nebo bílá. Normální mapování používá barevnou stupnici RGB k výpočtu povrchu normálu ze tří komponentních vektorů místo dvou. RGB v tomto případě znamená:

• Červená
• Zelená
• Modrá

abychom tomu lépe porozuměli bez dizertace o lineární algebře, pojďme se rychle vrátit k přemýšlení o nárazových mapách na sekundu. Odstín šedé se v podstatě rovná úhlu vektoru vzhledem k samotnému povrchu. Tento vektor je tvořen dvěma složkovými vektory v kartézském objektovém prostoru, jedním na ose tečny (černá) a druhým na normální ose(bílá).

čím blíže je barva na určitém místě Černá, tím nižší je úhel mezi normálním vektorem a samotným povrchem. Naopak, čím blíže k bílému je obraz, tím blíže k ortogonálnímu je normální vektor.

ale pokud pracujeme ve 3D prostoru, co třetí dimenze? To je místo, kde normální mapy přicházejí s RGB místo stupňů šedi. Stejně jako mapa nárazu má normální mapa tečnou osu a normální osu, ale také zavádí bitangentní osu. A protože existuje třetí osa, musí existovat třetí barva, která ji reprezentuje. Níže uvedená tabulka ukazuje, jak každá mapa převádí barvy do vektorů.

vektorová osa	Bump mapa barevný překlad	Normální mapa barevný překlad
normální	Bílá	Modrá
tečna	Černá	Červená
Bitangent	N / A	Zelená

klíčem k pochopení je, že normální mapa má schopnost definovat povrchové normály ve 3D globálním prostoru, protože existují tři vektorové komponenty tvořící uvedený normál. Každá ze složek může souviset s globálními složkami X, Y A Z kartézského světového prostoru, ve kterém je fixován zdroj osvětlení.

bump Mapa to nemůže udělat, protože neexistuje žádná třetí složka vztahující se k normálu ke globálnímu kartézskému prostoru. To je důvod, proč můžete skončit s zvýrazněním, kde byste očekávali stíny s mapováním bump.

tři vektorové složky normální mapy tvoří kartézský systém, což znamená, že jsou všechny navzájem kolmé. Souřadnicový systém však může být stále orientován v nekonečném množství směrů a musí být nějak omezen, aby mapa měla smysl.

to se provádí orientací vektorových komponent na souřadnice textury mapy. Většina softwaru pro vykreslování a 3D modelování to udělá na pozadí za vás, takže se nemusíte potit, pokud jste nevěnovali pozornost ve třídě lineární algebry. Obvykle existují 3 různé orientace z čeho vybírat:

• tečný prostor
• objektový prostor
• světový prostor

každý z nich má své výhody a nevýhody v závislosti na aplikaci objektu. Dostaneme se k nim později.

bez ohledu na to, která orientace se používá, je to důležitý krok, protože umožňuje vykreslovacímu stroji vypočítat povrchové normály tak, aby se všechny navzájem plynule vztahovaly. Výsledkem je vnímaná povrchová struktura, která reaguje rovnoměrně na globální světelný zdroj.

takže to je velký rozdíl. Obě mapy ovlivňují osvětlení na povrchu, ale dělají to různými způsoby. Normální mapa vyniká svou schopností spojit povrchovou strukturu s 3D prostorem, ve kterém se nachází. To nakonec poskytne uvěřitelnější vykreslení, i když není neobvyklé používat bump mapy a normální mapy společně k vytvoření vysoce podrobných povrchů.

Opět platí, že ani jedna z těchto metod ve skutečnosti nemění 3D geometrii podkladového povrchu.

Stručná poznámka k normální orientaci mapy

vzhledem k tomu, že normální mapy určují úhel, pod kterým se světlo odráží od povrchu, je důležité zvážit, jak je mapa sama orientována ve vztahu k objektu, na který je aplikována.

tečný prostor je nejběžnější

když je normální mapa orientována v tečném prostoru, jsou její normály textury uloženy vzhledem k normálu geometrie. To je obvykle nejvšestrannější, protože umožňuje objektu pohybovat se a deformovat se v prostoru při zachování účinků textury neporušené. To je zvláště užitečné při texturování věcí, jako je:

• kůže postavy
• pohybující se textilie
• objekty, které se pohybují a interagují s uživatelem

Sečteno a podtrženo; použijte toto, Pokud se objekt, který texturujete, bude pohybovat v prostoru s uživatelem.

objektový prostor vytváří vyšší kvalitu za cenu univerzálnosti

normální mapa orientovaná v objektovém prostoru vypočítává své normály vzhledem k objektu jako celku. Objekt se může stále pohybovat, ale pokud se jeho povrchy deformují, mohou se vyskytnout problémy s normálem. Mapy jsou obvykle speciálně přizpůsobeny objektu, na který jsou aplikovány, což vede k ostřejším detailům a lepšímu vyhlazení.

to však ztěžuje opětovné použití nebo dlaždice mapy na jiných površích. Souřadnice textury nelze zrcadlit, buď. Modelování textury na symetrických objektech bude tedy dvojnásobkem práce.

světový prostor vytváří zcela pevnou mapu

normální mapa orientovaná ve světovém prostoru je fixována na místě vzhledem ke globálním 3D souřadnicím. To znamená, že objekt, na který je aplikován, by měl zůstat nehybný; v opačném případě bude“ vyklouznout “ zpod mapy, pokud se přesune.

to je dobré pro vytváření vysoké úrovně detailů na velkých stacionárních objektech prostředí.

Která Mapa Má Lepší Rychlost Vykreslování?

zatímco rychlost vykreslování je silně závislá na samotném vykreslovacím enginu, bump mapy a normální mapy zabírají různé množství paměti.

normální mapy se obvykle vykreslují rychleji než bump mapy.

rozdíl není drastický,ale je tam. Normální mapy mírně ohraničují bump mapy, protože nevyžadují více vzorků textury, jako jsou bump mapy.

jakou mapu mám použít?

stejně jako u všeho neexistuje jednomyslný konsensus, že jedna z těchto map je lepší než druhá. Bump mapy a normální mapy mají výhody v různých aplikacích. Pojďme prozkoumat některé z nich.

nejlepší využití pro normální mapování

některé z nich jsme se již dotkli při diskusi o různých běžných orientacích map. Obecně řečeno, normální mapy jsou nejvšestrannějším řešením, když potřebujete texturu, která dobře reaguje na pohyb. To se může vztahovat téměř na cokoli:

• znaky
• zbraně/nástroje / objekty
• vozidla
• Textil
• listy

Normální mapy jsou také užitečné pro uvedení detailů do částí prostředí, u nichž se očekává, že budou zobrazeny zblízka.

• stěny
• chodníky
• Signage

Normální mapy jsou extrémně univerzální, zejména s orientací tečného prostoru. Oni také zabalit kolem okrajů vytvořit příznivý efekt zkosení, něco, co bump mapy nemůže dělat. To změkčuje jinak ostré hrany na objektu, který by neměl vypadat, že má ostré hrany, čímž je obraz uvěřitelnější.

to nedosahuje stejné úrovně detailů jako mapa posunutí (které se krátce dotkneme na konci tohoto článku), ale přinejmenším vytváří iluzi zaoblených hran na věcech, jako jsou:

• kliky dveří
• rukojeti zbraní
• rohy stěn

tento jemný efekt není dosažitelný pomocí mapy nárazu.

nejlepší využití pro mapování Bump

Bump mapy se nejlépe používají pro povrchy pozadí nebo relativně malé objekty. Myslete na environmentální rysy, které mají být vnímány v dálce.

• operační sál
• krajiny
• městské scenérie

protože bump mapy nedělají stejně dobře jako normální mapy na pohybujících se objektech,jsou snadno použitelné pro pozadí scény nebo aspekty střední úrovně detailů. Vzhledem k tomu, že jsou snadněji vytvářet a nevyžadují tolik vektorový výpočet, jsou nižší možnost úsilí.

při aplikaci na části prostředí, které nebudou pod takovou kontrolou, bump mapy dávají největší ránu za vaše příslovečné peníze.

mohou být použity společně, příliš

nezapomeňte, že bump mapy a normální mapy mohou být vrstvené přes sebe vytvořit ještě větší hloubku detailů vašeho Vykreslování.

stejně jako u každé mapy textury můžete vrstvit tolik nebo jen málo, abyste dosáhli požadované úrovně detailů.

• Bump mapy upravte vnímanou výšku povrchu vzhledem k sobě
• Normální mapy upravte vnímaný úhel, pod kterým se světlo odráží od povrchu

Zkombinujte tyto dva, abyste vyvážili výhody manipulace s výškou i úhlem vašeho povrchu.

Abych To Shrnul.

rozdíl mezi bump mapou a normální mapou spočívá v tom, jak každý manipuluje s povrchem, aby interagoval se světlem. Bump mapy pracují ve „dvou dimenzích“ pomocí stupňů šedi k umělému pohybu částí povrchu nahoru nebo dolů. Pohyb nahoru znamená jasnější a pohyb dolů znamená tmavší.

Normální mapy pracují ve „třech rozměrech“ pomocí červených, zelených a modrých barevných kanálů k umělé manipulaci se směrem, ve kterém se světlo odráží od povrchu.

mapy mohou být použity společně nebo jednotlivě, a ani mapa textury ve skutečnosti nemění geometrii povrchu. Zatímco normální mapy mohou ovinout okraje a vytvořit efekt zkosení, obě tyto mapy postrádají schopnost vytvářet iluzi textury podél okraje.

Bonus: A Co Mapy Posunutí?

pokud potřebujete vykreslit okraje povrchu tak, aby silueta objektu odpovídala struktuře, mapa nárazu nebo Normální mapa ji neřeže.

výhodou bump map a normálních Map je to, že vytvářejí iluzi textury, aniž by skutečně změnily síť povrchu. To znamená, že velikost modelu může zůstat malá a doba vykreslení je stále velmi rychlá. To však omezuje množství detailů na okrajích objektu.

Zde přicházejí mapy posunutí. Zvažte příklad cihlové zdi. Cihly vyčnívají vzhledem k Maltě, která je drží pohromadě. Takže, pokud byste se dívali kolem okraje tohoto rohu, nevypadalo by to jako přímka, cihly by vyčnívaly a malta by ustoupila.

ani normální mapy ani bump mapy nemohou dosáhnout této iluze, a bylo by jen únavné sedět tam a ve skutečnosti modelovat všechny ty cihly. Nemluvě o tom, že by váš 3D model byl docela neohrabaný.

Zde přichází mapování posunutí. Stejně jako nárazová mapa upravuje výšku povrchu. Ale místo manipulace s osvětlením, manipuluje skutečný tvar objektu, když je vykreslen. Z tohoto důvodu vyžaduje více času Vykreslování a mnohem jemnější síť na povrchu. Například větší povrch je třeba rozdělit na stovky, pravděpodobně tisíce, jednotlivých povrchů.

to však stojí za to, pokud je vykreslovací stroj dostatečně výkonný a je zapotřebí detail.

níže jsou některá užitečná videa pro vizuální zobrazení těchto konceptů:

Bump mapping: