Bump mapping ja normal mapping ovat kaksi eri tapaa tehdä sama asia: luoda illuusio pintarakenteesta visuaaliseen tietokonemalliin.

nämä menetelmät ovat hyödyllisiä tietää, jos olet luoda videopeli merkkiä tai tehdä 3D animaatioita.

Töyssykartat asettavat harmaasävykuvan, jolloin tummat täplät näkyvät syvempinä ja antavat kontrastia vaaleammille ”töyssyille.”Normaalikartat käyttävät RGB-asteikkoa 3D-vektorinormaalien johtamiseen 3D-pinnalle. Tämä huijaa valon luomaan kohokohtia ja varjoja. Molemmat menetelmät jättävät geometrian ennalleen.

näiden kahden tekniikan välisten erojen tunteminen voi auttaa määrittämään, kumpi soveltuu paremmin käsillä olevaan sovellukseen. Lue lisätietoja molemmista, jotta voit lisätä ne pussiin temppuja.

suurin ero on Valaistus

molempien karttojen tavoitteena on antaa pinnalle illuusio tekstuurista pinnalla, jolla ei ole tekstuuria. Tämä on hyödyllistä videopeleissä, koska se tarkoittaa, että mallin mesh ei tarvitse olla niin hieno, että se fyysisesti tallentaa kaikki pienet yksityiskohdat, kuten siirtymä kartta.

kartta luo tämän illuusion vääristämällä tapaa, jolla renderöity valo vuorovaikuttaa pinnan kanssa. Tämä on myös, jos kolahtaa kartta voi tulla rajoittava, riippuen siitä, minkä verran yksityiskohtia yrität saavuttaa.

• kuoppakartta kertoo kuvaajalle, mitkä pinnan alueet ovat kirkkaampia ja mitkä tummempia valonlähteen suunnasta riippumatta.
• normaali kartta suhteuttaa keinotekoiset pintanormaalit muuhun 3D-tilaan ja määrää matemaattisesti, miten tekstuuri vuorovaikuttaa renderöidyn valonlähteen kanssa.

joten tuloksena molemmissa tapauksissa on, että geometrisesti sileällä muodolla näyttää olevan hyvin yksityiskohtainen pintarakenne. Töyssykartta alkaa kuitenkin horjua, kun kuvioitua kohdetta katsotaan eri kulmista. Koettu rakenne ei todennäköisesti ole vuorovaikutuksessa ympäristön valon kanssa uskottavalla tavalla.

ymmärtääksemme tämän tarkemmin, katsotaanpa, miten kukin menetelmä etenee tekstuurin renderöinnissä.

Töyssykartta käyttää asetettua harmaasävyä manipuloidakseen korkeutta

jos loisit töyssykartan tai vain katsoisit sellaista, näet mustavalkoisen kuvan. Siinä ei ole mitään muuta. Pohjimmiltaan kartta käyttää tätä harmaasävyä kertomaan renderöintimoottorille, mitkä täplät ovat vaaleita ja mitkä tummia.

• mustat alueet kartalla osoittavat tummia tai ”uponneita” paikkoja pinnalla
• valkoiset alueet kartalla osoittavat korostuneita tai ”ulkonevia” paikkoja pinnalla
• ja jokainen harmaan sävy välillä toimii vastaavasti.

useimmat renderöivät moottorit tekevät tämän suhteuttamalla harmaan sävyn pinnan normaaliin vektoriin. Koska normaalivektorit ovat sitä, miten renderöintimoottori” näkee ” pinnan, tämä on tapa huijata se renderöimään tekstuuri todella sileälle pinnalle.

harmaasävyn ja pintanormaalin suhde on sellaisenaan:

• Musta = tangentti pintaan
• valkoinen = normaali pintaan

ja mikä tahansa harmaan sävy välillä muuttaa normaalin vektorin kulmaa. Tämä on näppärä, koska sen avulla harmaasävykuva voi toimia kääntäjänä ihmisen pelisuunnittelijan, joka näkee kuvan mustalla & valkoisella, ja renderöintimoottorin, joka näkee kuvan pintanormaalien suhteen.

nyt, kuten aiemmin mainittiin, tässä menetelmässä on puutteita valaistuksen osalta. Kolhukartta asettaa kiinteän pinnan normaalijakauman. Toisin sanoen se luo vain paikallisia valaistusefektejä. Se kertoo renderöintimoottorille vain, mitkä pinnan alueet ovat muita tummempia suhteessa itseensä.

törmäyskartta ei siis tarjoa renderöintimoottoria niin paljon, että pystyisi ottamaan huomioon, mistä globaali valonlähde tulee suhteessa pinnan yksityiskohtiin. Tämä voi johtaa tilanteeseen, jossa pinnan varjot ovat todellisuudessa valonlähteen edessä, ja kohokohdat ovat siellä, missä varjojen luulisi olevan.

jos loppukäyttäjä näkee varjoja, joissa hänen silmänsä odottavat kohokohtia, hän saattaa pitää grafiikkaa epäuskottavana. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että bump kartat olisivat täysin vanhentuneita. Niitä voidaan käyttää yksinään tai yhdessä muiden karttojen kanssa todella parantamaan yleistä renderöintiä. Pääsemme vähän parhaiden käytäntöjen pariin, mutta ensin vähän normaaleihin karttoihin ja siihen, miten ne vaikuttavat valaistukseen.

normaali kartta käyttää RGB: tä manipuloidakseen valoa

kuten olemme viitanneet, normaaleilla kartoilla on kyky sisällyttää globaali Valaistus paremmin kohteen aistittuun pintarakenteeseen.

ne tekevät tämän antamalla renderöintimoottorille kolmannen tieto-tai värikanavan käytettäväksi. Töyssykartta sen sijaan tarjoaa teknisesti vain kaksi värikanavaa käytettäväksi; musta tai valkoinen. Normal mapping käyttää RGB-väriasteikkoa laskeakseen pintanormaalin kolmesta komponenttivektorista kahden sijaan. RGB tarkoittaa tässä tapauksessa:

• Punainen
• vihreä
• Sininen

ymmärtääkseen tämän paremmin antamatta väitöskirjaa lineaarialgebrasta, palatkaamme nopeasti hetkeksi miettimään bump-karttoja. Harmaan sävy vastaa olennaisesti vektorin kulmaa suhteessa itse pintaan. Kyseinen vektori muodostuu karteesisessa objektiavaruudessa kahdesta komponenttivektorista, joista toinen on tangenttiakselilla (musta) ja toinen normaaliakselilla (valkoinen).

mitä lähempänä väri on mustaa tietyssä paikassa, sitä pienempi on normaalin vektorin ja itse pinnan välinen kulma. Kääntäen, mitä lähempänä valkoista Kuva on, sitä lähempänä ortogonaalista normaalivektori on.

mutta jos toimimme 3D-avaruudessa, entä kolmas ulottuvuus? Tässä normaaleissa kartoissa käytetään harmaasävyn sijaan RGB: tä. Törmäyskartan tavoin normaalikartassa on tangenttiakseli ja normaaliakseli, mutta siinä esitellään myös bitangenttiakseli. Ja koska on olemassa kolmas akseli, tarvitaan kolmas väri edustamaan sitä. Alla oleva taulukko havainnollistaa, miten kukin kartta kääntää värit vektoreiksi.

Vektoriakseli	Bump Map Color Translation	Normal Map Color Translation
normaali	valkoinen	Sininen
tangentti	Musta	Punainen
Bitangentti	N / A	vihreä

avain ymmärtää tässä on, että normaali kartta on kyky määritellä pintanormaalit 3D globaalissa avaruudessa, koska on olemassa kolme vektorikomponenttia, jotka muodostavat mainitun normaalin. Jokainen komponentti voi liittyä karteesisen maailmantilan globaaleihin X -, Y-ja Z-komponentteihin, joissa valonlähde on kiinteä.

töyssykartta ei voi tehdä tätä, koska ei ole olemassa kolmatta normaalista globaaliin karteesiseen avaruuteen liittyvää komponenttia. Siksi voit päätyä kohokohtia, joissa voit odottaa varjoja bump kartoitus.

normaalin kartan kolme vektorikomponenttia muodostavat karteesisen järjestelmän, eli ne ovat kaikki keskenään ortogonaalisia. Koordinaattijärjestelmää voidaan kuitenkin edelleen suunnata äärettömään määrään suuntia, ja sitä on rajoitettava jotenkin, jotta kartta olisi järkevä.

tämä tapahtuu suuntaamalla vektorikomponentit kartan tekstuurikoordinaatteihin. Useimmat renderointi-ja 3D-mallinnusohjelmat tekevät tämän taustalla puolestasi, vaikka, joten ei hätää, jos et ollut kiinnittänyt huomiota lineaarialgebran luokassa. Valittavana on tyypillisesti 3 eri suuntausta:

• Tangenttiavaruus
• Objektiavaruus
• Maailmanavaruus

jokaisella näistä on etunsa ja haittansa riippuen kohteen käyttötarkoituksesta. Puhutaan näistä myöhemmin.

riippumatta siitä, mitä suuntausta käytetään, se on tärkeä askel, koska sen avulla renderöintimoottori voi laskea pintanormaalit siten, että ne kaikki liittyvät sujuvasti toisiinsa. Tuloksena on koettu pintarakenne, joka reagoi tasaisesti globaaliin valonlähteeseen.

joten siinä se iso ero on. Molemmat kartat vaikuttavat valaistukseen pinnalla, mutta ne tekevät sen eri tavoin. Normaali kartta on erinomainen sen kyky suhteuttaa pintarakenne 3D-tilaan, jossa se asuu. Näin saadaan lopulta uskottavampia renderointeja, vaikka ei ole harvinaista, että törmäyskarttoja ja normaalikarttoja käytetään yhdessä erittäin yksityiskohtaisten pintojen luomiseen.

kumpikaan näistä menetelmistä ei varsinaisesti muuta pohjapinnan 3D-geometriaa.

nopea Huomautus normaalista kartan suunnasta

koska normaalit kartat määrittävät kulman, josta valo heijastuu pinnasta, on tärkeää pohtia, miten itse kartta on suuntautunut suhteessa kohteeseen, johon se on kohdistettu.

Tangenttiavaruus on yleisin

kun normaali kartta on suuntautunut tangenttiavaruuteen, sen tekstuurinormaalit tallennetaan suhteessa geometrian normaaleihin. Tämä on tyypillisesti monipuolisin, koska se mahdollistaa esineen liikkumisen ja muodonmuutoksen avaruudessa pitäen samalla tekstuurin vaikutukset koskemattomina. Tämä on erityisen hyödyllistä, kun teksturointi asioita, kuten:

• hahmon iho
• liikkuvat tekstiilit
• objektit, jotka liikkuvat ja ovat vuorovaikutuksessa käyttäjän kanssa

Bottom line; käytä tätä, jos kuvaamasi kohde liikkuu avaruudessa käyttäjän kanssa.

Objektiavaruus luo korkeampaa laatua monipuolisuuden kustannuksella

normaalikarttapainotteinen objektiavaruus laskee normaaliarvonsa suhteessa kohteeseen kokonaisuutena. Esine voi vielä liikkua, mutta jos sen pinnat muuttavat muotoaan, voi olla ongelmia normaalin kanssa. Kartat räätälöidään yleensä juuri sen kohteen mukaan, johon niitä käytetään, mikä johtaa tarkempiin yksityiskohtiin ja parempaan silottamiseen.

tämä kuitenkin vaikeuttaa kartan uudelleenkäyttöä tai laatoittamista muille pinnoille. Myöskään tekstuurikoordinaatteja ei voi peilata. Joten, mallinnus rakenne symmetrisiä esineitä on kaksinkertainen työ.

Maailmanavaruus luo täysin kiinteän kartan

normaali maailmanavaruudessa suuntautunut kartta on kiinteästi paikallaan suhteessa maailmanlaajuisiin 3D-koordinaatteihin. Tämä tarkoittaa, että objektin, johon sitä sovelletaan, pitäisi pysyä paikallaan; muuten se” livahtaa ” kartan alta, jos sitä liikutellaan.

tämä on hyvä tapa luoda suuria yksityiskohtia ympäristön suurista, paikallaan pysyvistä kohteista.

Kummalla Kartalla On Parempi Renderöintinopeus?

vaikka renderöintinopeus on vahvasti riippuvainen renderöintimoottorista itsestään, törmäyskartat ja normaalikartat vievät eri määriä muistia.

tyypillisesti normaalikartat ovat nopeampia renderöimään kuin kolhukartat.

ero ei ole raju, mutta se on siinä. Normaalit kartat reunustavat hieman kolahduskarttoja, koska ne eivät vaadi useita tekstuurinäytteitä kuten kolahduskartat.

millaista karttaa pitäisi käyttää?

kuten mistään muustakaan, ei ole yksimielisyyttä siitä, että toinen kartoista olisi parempi kuin toinen. Törmäyskartoilla ja normaalikartoilla on molemmilla etuja Eri sovelluksissa. Katsotaanpa tutkia muutamia näistä.

Normaalikartoituksen parhaat käyttötarkoitukset

käsittelimme jo joitakin näistä, kun keskustelimme erilaisista normaalikartan suuntauksista. Yleisesti ottaen normaalikartat ovat monipuolisin ratkaisu, kun tarvitset tekstuuria, joka reagoi hyvin liikkumiseen. Tämä voi koskea lähes mitä tahansa:

• merkit
• aseet/työkalut / esineet
• ajoneuvot
• tekstiilit
• lehvistö

normaalit kartat ovat myös hyödyllisiä yksityiskohtien tuomisessa ympäristön osiin, joita odotetaan katseltavan läheltä.

• seinät
• kulkutiet
• Opasteet

Normaalikartat ovat erittäin monipuolisia, erityisesti tangenttitilasuuntautuneita. Ne myös kietoutuvat reunojen ympärille luodakseen suotuisan viistovaikutuksen, mitä kolhukartat eivät voi tehdä. Tämä pehmentää muuten teräviä reunoja esineessä, jossa ei pitäisi näyttää olevan teräviä reunoja, jolloin kuvasta tulee uskottavampi.

tällä ei saavuteta yhtä yksityiskohtaista tasoa kuin siirtymäkartalla (jota käsittelemme lyhyesti tämän artikkelin lopussa), mutta se ainakin luo illuusion pyöristetyistä reunoista esim.:

• ovenkahvat
• Asekahvat
• Seinäkulmat

tämä hienovarainen efekti ei ole saavutettavissa töyssykartalla.

parhaat käyttötarkoitukset Kolhukartoitukseen

Kolhukarttoja käytetään parhaiten taustapinnoille tai suhteellisen pienille kohteille. Ajattele ympäristön piirteitä, jotka on havaittavissa kaukaisuudessa.

• leikkaussali
• Maisemat
• kaupungin Metropolikartat

koska töyssykartat eivät pärjää yhtä hyvin kuin normaalit kartat liikkuvista kohteista, ne soveltuvat helposti näyttämön taustaan tai keskitietotasoon. Koska ne on helpompi luoda eivätkä vaadi yhtä paljon vektorilaskentaa, ne ovat pienempi ponnistusvaihtoehto.

kuitenkin, kun sitä sovelletaan ympäristön osiin, jotka eivät ole yhtä suuren tarkastelun alla, bump-kartat antavat eniten pauketta sananparrelle.

niitä voidaan käyttää yhdessä, myös

älä unohda, että törmäyskarttoja ja normaalikarttoja voidaan kerrostaa päällekkäin, jotta renderöintiin saadaan vielä lisää yksityiskohtaa.

kuten missä tahansa tekstuurikartassa, voit kerrostaa niin monta tai niin vähän kuin haluat halutun yksityiskohtaisuuden saavuttamiseksi.

• Törmäyskartat säätävät pinnan koettua korkeutta suhteessa itseensä
• Normaalikartat säätävät havaittua kulmaa, josta valo heijastuu pinnasta

yhdistävät nämä kaksi tasapainottamaan pinnan korkeuden ja kulman manipuloinnin etuja.

Summaa.

ero törmäyskartan ja normaalin kartan välillä on siinä, miten kukin manipuloi pintaa vuorovaikutuksessa valon kanssa. Bump kartat toimivat ”kaksi ulottuvuutta” käyttämällä harmaasävy keinotekoisesti siirtää osia pinnan ylös tai alas. Ylös siirtyminen tarkoittaa kirkkaampaa ja alas siirtyminen pimeämpää.

normaalit kartat toimivat ”kolmessa ulottuvuudessa” käyttämällä punaisia, vihreitä ja sinisiä värikanavia manipuloidakseen keinotekoisesti sitä suuntaa, johon valo heijastuu pinnasta.

karttoja voidaan käyttää yhdessä tai yksittäin, eikä kumpikaan tekstuurikartta varsinaisesti muuta pinnan geometriaa. Vaikka tavalliset kartat voivat kietoutua reunojen ympärille luodakseen viistoefektin, molemmista kartoista puuttuu kyky tuottaa illuusio tekstuurista reunaa pitkin.

Bonus: Entä Siirtomaakartat?

jos pinnan reunat on renderoitava niin, että kohteen siluetti vastaa tekstuuria, töyssykartta tai normaali kartta ei leikkaa sitä.

töyssykarttojen ja normaalikarttojen etuna on se, että ne luovat illuusion tekstuurista muuttamatta varsinaisesti pinnan verkkoa. Tämä tarkoittaa, että Mallikoko voi jäädä pieneksi, ja renderöintiaika on vielä melko nopea. Mutta tämä rajoittaa yksityiskohtien määrää objektin reunoissa.

tässä kohtaa kuvaan astuvat siirtymäkartat. Ajatellaanpa esimerkiksi tiiliseinää. Tiilet törröttävät suhteessa laastiin, joka pitää ne koossa. Jos siis katselisit nurkan reunaa, se ei näyttäisi suoralta viivalta, tiilet työntyisivät esiin ja laasti vetäytyisi.

tätä illuusiota ei saavuteta normaaleilla kartoilla eikä törmäyskartoilla, ja olisi vain työlästä istua siinä ja mallintaa kaikki nuo tiilet. Puhumattakaan, se tekisi 3D-malli melko kömpelö.

tässä on siirtymäkartoitus. Se, kuten töyssykartta, säätää pinnan korkeutta. Sen sijaan, että se manipuloisi valaistusta, se manipuloi kohteen todellista muotoa renderöidessään. Tämän vuoksi se vaatii enemmän renderöintiaikaa ja paljon hienompaa verkkoa pinnalla. Esimerkiksi suurempi pinta on jaoteltava satoihin, todennäköisemmin tuhansiin yksittäisiin pintoihin.

tämä on kuitenkin sen arvoista, jos renderöintimoottori on tarpeeksi tehokas ja yksityiskohtaa tarvitaan.

alla on muutamia hyödyllisiä videoita, jotka näyttävät nämä käsitteet visuaalisesti:

Bump mapping: