バンプマッピングと法線マッピングは、視覚的なコンピュータモデルに表面テクスチャの錯覚を作成するという、同じことを行う二つの異なる方法です。

これらの方法は、ビデオゲームのキャラクターを作成しているのか、3Dアニメーションをレンダリングしているのかを知るのに役立ちます。

バンプマップはグレースケールイメージを課すため、ダークスポットはより深く表示され、明るいバンプのコントラストを提供します。”法線マップはRGBスケールを使用して、3Dサーフェスに3Dベクトル法線を導出します。 これにより、レンダリングされたライトがハイライトとシャドウを作成します。 どちらの方法でもジオメトリは変更されません。

これら二つの手法の違いを知ることで、どちらが手元のアプリケーションに適しているかを判断するのに役立ちます。 あなたがトリックのあなたの袋にそれらを追加することができますので、両方についての詳細を学ぶために読んでください。

主な違いは照明

これらのマップの両方の目標は、テクスチャを持たないサーフェス上のテクスチャの錯覚をサーフェスに与えることです。 これは、モデルのメッシュがそれほど細かくする必要がないことを意味し、ディスプレイスメントマップのような小さな詳細を物理的にキャプチャす

マップは、レンダリングされた光がサーフェスと相互作用する方法を歪めることによって、この錯覚を作成します。 これは、達成しようとしている詳細レベルに応じて、バンプマップが制限される可能性がある場所でもあります。

• バンプマップは、光源の方向に関係なく、サーフェスのどの領域が明るく、どの領域が暗いかをレンダラーに指示します。
• 法線マップは、人工サーフェス法線を3D空間の残りの部分に関連付け、テクスチャがレンダリングされた光源とどのように相互作用するかを数学的

だから、両方の場合の結果は、幾何学的に滑らかな形状は非常に詳細な表面テクスチャを持っているように見えるということです。 ただし、テクスチャオブジェクトを異なる角度から表示すると、バンプマップがつまずくようになります。 知覚された質感は、信じられる方法で環境光と相互作用しない可能性が高い。

これをもっと理解するために、各メソッドがテクスチャのレンダリングにどのように関係するかを見てみましょう。

バンプマップは、高さを操作するために設定されたグレースケールを使用します

バンプマップを作成するか、単に見ると、白黒の画像が表示されます。 それ以上は何もありません。 基本的に、マップはこのグレースケールを使用して、どのスポットが明るいか、どのスポットが暗いかをレンダリングエンジンに伝えます。

• マップ上の黒い部分は、サーフェス上の暗いまたは”沈んだ”場所を示します
• マップ上の白い部分は、サーフェス上の強調表示または”突出した”場所を示します
• との間のすべての灰色の色合いは、それに応じて機能します。

ほとんどのレンダリングエンジンは、グレーの濃淡をサーフェスの法線ベクトルに関連付けることによってこれを行います。 法線ベクトルはレンダリングエンジンがサーフェスを”見る”方法なので、これは実際に滑らかなサーフェス上でテクスチャをレンダリングするための方法です。

グレースケールとサーフェス法線の関係は次のようになります:

• Black=サーフェス
• に対する接線White=サーフェス

に対する法線と、その間の灰色の色合いは法線ベクトルの角度を変更します。 これは、グレースケールイメージが、黒&白のイメージを見る人間のゲームデザイナーと、表面法線の観点からイメージを見るレンダリングエンジンとの間のトランスレータとして機能することを可能にするため、気の利いたものです。

さて、前述したように、この方法は照明に関係するため、不足があります。 バンプマップは、固定サーフェス正規分布を設定します。 言い換えれば、ローカルの照明効果のみを作成します。 これは、サーフェスのどの領域が他の領域よりも暗いかをレンダリングエンジンに指示するだけです。

だから、バンプマップは、サーフェス上の詳細に関連してグローバル光源がどこから来ているかを考慮するのに十分なレンダリングエンジンを提供していません。 これは、サーフェスの影が実際に光源に面しており、ハイライトが影があると予想される場所である状況につながる可能性があります。

エンドユーザーがハイライトを期待する場所に影を見ると、グラフィックスがあまり信じられないかもしれません。 しかし、これはバンプマップが完全に時代遅れであることを意味するものではありません。 彼らは本当に全体的なレンダリングを強化するために、自分自身で、または他のマップと組み合わせて使用することができます。 私たちは少しでいくつかのベストプラクティスに入るでしょうが、最初に法線マップとそれらが照明とどのように相互作用するかについ

法線マップはRGBを使用して光を操作します

私たちが言及したように、法線マップは、オブジェクトの知覚される表面テクスチャにグローバル照明を

これを行うには、レンダリングエンジンに使用する3番目の情報またはカラーチャンネルを提供します。 これとは対照的に、バンプマップは技術的には黒または白の2つのカラーチャンネルしか提供しません。 法線マッピングでは、RGBカラースケールを使用して、二つではなく三つの成分ベクトルからサーフェス法線を計算します。 RGBは、この場合、:

• 赤
• 緑
• 青

線形代数に関する論文を与えずにこれをよりよく理解するには、すぐにバンプマップについて考えることに戻りましょう。 グレーの色合いは、基本的に、サーフェス自体に対するベクトルの角度に相当します。 そのベクトルは、直交オブジェクト空間内の2つの成分ベクトルで構成され、1つは接線軸（黒）と法線軸（白）にあります。

特定の位置で色が黒に近いほど、法線ベクトルとサーフェス自体の間の角度が低くなります。 逆に、画像が白に近いほど、法線ベクトルが直交に近いほどです。

しかし、3D空間で動作している場合、第三次元はどうですか？ これは、法線マップがグレースケールの代わりにRGBで来る場所です。 バンプマップと同様に、法線マップには接線軸と法線軸がありますが、bitangent軸も導入されます。 そして、第三の軸があるので、それを表すために第三の色が必要です。 次の表は、各マップが色をベクトルに変換する方法を示しています。

ベクトル軸	バンプマップの色変換	法線マップの色変換
ノーマル	ホワイト	ブルー
タンジェント	ブラック	レッド
Bitangent	N/A	グリーン

ここで理解するための鍵は、法線マップは、前記法線を構成する三つのベクトル成分があるため、3D大域空間で表面法線を定義する能力を持ってい 各成分は、光源が固定されているデカルトワールド空間の大域的なX、Y、およびZ成分に関連付けることができます。

バンプマップは、法線と大域デカルト空間に関連する第三の成分がないため、これを行うことはできません。 これが、バンプマッピングで影を期待するハイライトで終わることができる理由です。

法線マップの3つのベクトル成分はデカルト系を構成し、それらはすべて互いに直交していることを意味します。 しかし、座標系は依然として無限の方向に向けることができ、マップが理にかなっているように何らかの形で制約する必要があります。

これは、ベクトルコンポーネントをマップのテクスチャ座標に向けることによって行われます。 ほとんどのレンダリングと3Dモデリングソフトウェアは、あなたのためにバックグラウンドでこれを行いますが、線形代数クラスで注意を払っていない場合は汗をかくことはありません。 通常、3つの異なる方向から選択することができます:

• 接空間
• オブジェクト空間
• ワールド空間

これらのそれぞれは、オブジェクトのアプリケーションに応じて、長所と短所があります。 これらについては後で説明します。

どの向きを使用するかにかかわらず、レンダリングエンジンはサーフェス法線をすべてスムーズに相互に関連させる方法で計算できるため、重要なステ 結果は全体的な光源に均一に反応する感知された表面の質である。

だから、それは大きな違いです。 どちらのマップもサーフェス上のライティングに影響しますが、さまざまな方法で影響します。 法線マップは、サーフェステクスチャをそれが存在する3D空間に関連付ける能力に優れています。 バンプマップと法線マップを一緒に使用して非常に詳細なサーフェスを作成することは珍しいことではありませんが、これにより、最終的にはより信

ここでも、これらの方法のいずれも、実際には下にあるサーフェスの3Dジオメトリを変更しません。

法線マップの向きに関する簡単なメモ

法線マップはサーフェスから光が反射する角度を決定するため、マップ自体が適用されるオブジェクトとの関係でどのように向きを決定するかを考慮することが重要です。

接線空間が最も一般的です

法線マップが接線空間で配向されている場合、そのテクスチャ法線はジオメトリ法線に対して相対的に格納されます。 これは、テクスチャの効果をそのまま維持しながら、オブジェクトを空間内で移動および変形させることができるため、一般的に最も汎用性があ これは、次のようなものをテクスチャリングするときに特に便利です:

• キャラクターのスキン
• テキスタイルの移動
• ユーザーの周りを移動し、ユーザーと対話するオブジェクト

ボトムライン;テクスチャリングしているオブジェク

オブジェクト空間は、汎用性を犠牲にしてより高い品質を作成します

オブジェクト空間で指向された法線マップは、オブジェクト全体に対す オブジェクトはまだ動くことができますが、サーフェスが変形すると、法線に問題がある可能性があります。 マップは通常、適用されているオブジェクトに合わせて特別に調整され、より鮮明な詳細とより良い平滑化につながります。

これは、しかし、再利用したり、他のサーフェス上のマップをタイルすることが困難になります。 テクスチャ座標もミラーリングできません。 だから、対称オブジェクト上のテクスチャのモデリングは二倍の作業になります。

ワールド空間は完全に固定されたマップを作成します

ワールド空間に向けられた法線マップは、グローバル3D座標を基準に固定されています。 これは、適用されるオブジェクトが静止したままであることを意味します; それ以外の場合は、移動した場合、マップの下から”スリップ”します。

これは、環境の大きな静止したオブジェクトに高レベルの詳細を作成するのに適しています。

どのマップがレンダリング速度が優れていますか？

レンダリング速度はレンダリングエンジン自体に大きく依存していますが、バンプマップと法線マップは異なる量のメモリを消費します。

通常、法線マップはバンプマップよりもレンダリングが高速です。

違いは劇的ではありませんが、そこにあります。 法線マップは、バンプマップのように複数のテクスチャサンプルを必要としないため、バンプマップ

どのような地図を使えばいいですか？

他のものと同様に、これらのマップのうちの1つが他のマップより優れているという全会一致の合意はありません。 バンプマップと法線マップは、両方の異なるアプリケーションで利点があります。 のは、これらのいくつかを探索してみましょう。

法線マッピングの最適な使用

異なる法線マップの向きについて議論するときに、すでにこれらのいくつかに触れました。 一般的に言えば、法線マップは、動きによく反応するテクスチャを必要とする場合に最も汎用性の高いソリューションです。 これはちょうど約何にも適用することができます:

• キャラクター
• 武器/道具/オブジェクト
• 車両
• 織物
• 葉

法線マップは、近くで見ることが期待される環境の一部に詳細をもたらすのにも役立

• 壁
• 歩道
• 看板

法線マップは非常に汎用性があり、特に接線空間の向きがあります。 また、エッジの周りをラップして、バンプマップではできない良好な面取り効果を作成します。 これは、そうでなければ、鋭いエッジを持っているように見えるべきではないオブジェクト上の鋭いエッジを柔らかくし、画像をより信

これはディスプレイスメントマップ（この記事の最後で簡単に触れます）と同じレベルの詳細を達成するものではありませんが、少なくとも次のよ:

• ドアノブ
• 武器ハンドル
• 壁の角

この微妙な効果はバンプマップでは達成できません。

バンプマッピングに最適な用途

バンプマップは、背景サーフェスや比較的小さなオブジェクトに最適です。 遠くに知覚される環境の特徴を考えてみてください。

• 手術室
• 風景
• 都市景観

バンプマップは移動するオブジェクトの法線マップと同様に機能しないため、シーンの背景や中詳細レベルの側面に簡単に適用できます。 それらは作成が容易であり、多くのベクトル計算を必要としないので、それらはより低い労力のオプションである。

しかし、環境の中でそれほど精査されていない部分に適用すると、バンプマップはあなたの諺の降圧のために最も強打を与えます。

それらも一緒に使用することができます

バンプマップと法線マップを重ね合わせて、レンダリングにさらに詳細な深さを作成できることを忘れないでください。

任意のテクスチャマップと同様に、必要な詳細レベルを達成するために、好きなだけまたはいくつかのレイヤーを作成できます。

• バンプマップは、サーフェス自体に対するサーフェスの知覚される高さを調整します
• 法線マップは、サーフェスから光が反射する知覚される角度を調整します

これら二つを組み合わせて、サーフェスの高さと角度操作の両方の利点をバランスさせます。

まとめます。

バンプマップと法線マップの違いは、それぞれがサーフェスを操作して光と相互作用する方法です。 バンプマップは、グレースケールを使用してサーフェスの一部を人為的に上下に移動することにより、”二次元”で動作します。 上に移動すると明るくなり、下に移動すると暗くなります。

法線マップは、赤、緑、青のカラーチャンネルを使用して、サーフェスから光が反射する方向を人工的に操作することにより、”三次元”で動作します。

マップは一緒にも個別にも使用でき、テクスチャマップは実際にはサーフェスのジオメトリを変更しません。 法線マップはエッジをラップしてベベル効果を作成できますが、これらのマップはどちらもエッジに沿ったテクスチャの錯覚を生成する機能が

ボーナス：変位マップはどうですか？

オブジェクトのシルエットがテクスチャと一致するようにサーフェスのエッジをレンダリングする必要がある場合、バンプマップまたは法線マッ

バンプマップと法線マップの利点は、サーフェスのメッシュを実際に変更することなく、テクスチャの錯覚を作成することです。 これは、モデルのサイズが小さく、レンダリング時間がかなり速いことを意味します。 しかし、これはオブジェクトのエッジの詳細の量を制限します。

これが変位マップの出番です。 レンガの壁の例を考えてみましょう。 煉瓦はそれらを一緒に握る乳鉢に関連して突き出る。 だから、このコーナーの端の周りを見ていた場合、それは直線ではないように見え、レンガが突出し、モルタルが後退するでしょう。

法線マップもバンプマップもこのような錯覚を達成することはできませんし、そこに座って実際にすべてのレンガをモデル化するのは面倒な作業 言うまでもなく、それはあなたの3Dモデルをかなり不格好にするでしょう。

これがディスプレイスメントマッピングの出番です。 これは、バンプマップのように、サーフェスの高さを調整します。 しかし、照明を操作するのではなく、レンダリング時にオブジェクトの実際の形状を操作します。 このため、より多くのレンダリング時間とサーフェス上のはるかに細かいメッシュを必要とします。 たとえば、より大きなサーフェスは、数百、より多くの可能性が高い数千の個々のサーフェスに分割する必要があります。

ただし、レンダリングエンジンが十分に強力で、詳細が必要な場合は、これは価値があります。

以下は、これらの概念を視覚的に表示するための便利なビデオです。

バンプマッピング：