mapowanie uderzeń i mapowanie normalne to dwie różne metody robienia tego samego: tworzenie iluzji tekstury powierzchni do wizualnego modelu komputera.

te metody są przydatne, aby wiedzieć, czy tworzysz postacie z gier wideo lub renderujesz animacje 3D.

Mapy uderzeń nakładają obraz w skali szarości, dzięki czemu ciemne plamy wydają się głębsze i zapewniają kontrast dla jaśniejszych „uderzeń.”Normalne mapy wykorzystują skalę RGB do wyprowadzenia normalności wektorowych 3D na powierzchnię 3D. To sztuczki renderowane światło do tworzenia świateł i cieni. Obie metody pozostawiają geometrię bez zmian.

znajomość różnic między tymi dwiema technikami może pomóc w ustaleniu, która z nich jest lepiej dostosowana do danego zastosowania. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o obu, abyś mógł dodać je do swojej torby sztuczek.

główną różnicą jest oświetlenie

celem obu tych map jest nadanie powierzchni złudzenia tekstury na powierzchni, która nie ma tekstury. Jest to korzystne dla gier wideo, ponieważ oznacza, że siatka modelu nie musi być tak dobra, że fizycznie rejestruje wszystkie małe szczegóły, takie jak mapa przemieszczenia.

Mapa tworzy tę iluzję, zniekształcając sposób, w jaki renderowane światło oddziałuje z powierzchnią. To również miejsce, gdzie Mapa nierówności może stać się ograniczona, w zależności od tego, jaki poziom szczegółowości próbujesz osiągnąć.

• Mapa uderzeń informuje renderera, które obszary powierzchni są jaśniejsze, a które ciemniejsze, bez względu na kierunek Źródła światła.
• normalna Mapa odnosi sztuczne statystyki powierzchni do reszty przestrzeni 3D i matematycznie dyktuje, w jaki sposób Tekstura współdziała z renderowanym źródłem światła.

tak więc w obu przypadkach rezultatem jest to, że geometrycznie gładki kształt wydaje się mieć bardzo szczegółową fakturę powierzchni. Jednak Mapa nierówności zaczyna słabnąć, gdy teksturowany obiekt jest oglądany pod różnymi kątami. Postrzegana Tekstura prawdopodobnie nie będzie oddziaływać ze światłem środowiskowym w wiarygodny sposób.

aby lepiej to zrozumieć, przyjrzyjmy się, jak każda metoda zajmuje się renderowaniem tekstur.

Mapa nierówności używa ustawionej skali szarości do manipulowania wysokością

jeśli chcesz utworzyć mapę nierówności lub po prostu spojrzeć na nią, zobaczysz czarno-biały obraz. Nic więcej. Zasadniczo Mapa używa tej skali szarości, aby powiedzieć silnikowi renderującemu, które plamy są jasne, a które ciemne.

• czarne obszary na mapie wskazują ciemne lub „zatopione” miejsca na powierzchni
• białe obszary na mapie wskazują podświetlone lub „wystające” miejsca na powierzchni
• i każdy odcień szarości pomiędzy nimi działa odpowiednio.

większość silników renderujących robi to poprzez powiązanie odcienia szarości z normalnym wektorem powierzchni. Ponieważ normalne wektory to sposób, w jaki silnik renderujący „widzi” powierzchnię, jest to sposób, aby zmusić go do renderowania tekstury na faktycznie gładkiej powierzchni.

zależność między skalą szarości a powierzchnią normalną jest jako taka:

• Czarny = styczny do powierzchni
• Biały = normalny do powierzchni

i każdy odcień szarości między zmienia kąt wektora normalnego. Jest to sprytne, ponieważ pozwala obrazowi w skali szarości działać jako tłumacz między ludzkim projektantem gry, który widzi obraz w kolorze czarnym & białym, a silnikiem renderującym, który widzi obraz w kategoriach normalności powierzchniowych.

teraz, jak wspomniano wcześniej, istnieje niedobór tej metody, ponieważ dotyczy ona oświetlenia. Mapa nierówności wyznacza stały rozkład normalny powierzchni. Innymi słowy, tworzy tylko lokalne efekty świetlne. Powie tylko silnikowi renderującemu, które obszary powierzchni są ciemniejsze niż inne względem siebie.

tak więc mapa uderzeń nie zapewnia silnika renderującego na tyle, aby rozważyć, skąd pochodzi globalne źródło światła w stosunku do szczegółów na powierzchni. Może to prowadzić do sytuacji, w której cienie powierzchni są skierowane do źródła światła, a światła są tam, gdzie można się spodziewać cieni.

jeśli użytkownik końcowy widzi cienie tam, gdzie oko spodziewa się podświetlenia, może uznać, że grafika jest mniej wiarygodna. Nie oznacza to jednak, że mapy bump są całkowicie przestarzałe. Mogą być używane samodzielnie lub w połączeniu z innymi mapami, aby naprawdę poprawić ogólne renderowanie. Omówimy kilka najlepszych praktyk za chwilę, ale najpierw trochę na normalnych mapach i ich interakcji z oświetleniem.

normalna Mapa wykorzystuje RGB do manipulowania światłem

jak już wspomnieliśmy, normalne mapy mają możliwość lepszego włączenia globalnego oświetlenia do postrzeganej tekstury powierzchni obiektu.

robią to, dostarczając silnikowi renderującemu trzecią informację lub kanał kolorów do użycia. W przeciwieństwie do tego, Mapa uderzeń technicznie zapewnia tylko dwa kanały kolorów do użycia; czarny lub biały. Mapowanie normalne wykorzystuje skalę kolorów RGB do obliczenia powierzchni normalnej z trzech wektorów składowych zamiast dwóch. RGB, w tym przypadku oznacza:

• Czerwony
• Zielony
• Niebieski

aby zrozumieć to lepiej bez podawania dysertacji na temat algebry liniowej, wróćmy na chwilę do myślenia o mapach nierówności. Odcień szarości zasadniczo odpowiada kątowi wektora względem samej powierzchni. Wektor ten składa się z dwóch wektorów składowych w przestrzeni obiektów kartezjańskich, jednego na osi stycznej (czarny) i jednego na osi normalnej (biały).

im bliżej koloru jest czarny w określonym miejscu, tym niższy kąt między wektorem normalnym a samą powierzchnią. Odwrotnie, im bliżej bieli jest obraz, tym bliżej prostopadłościanu jest wektor normalny.

ale jeśli operujemy w przestrzeni 3D, to co z trzecim wymiarem? W tym przypadku normalne mapy mają RGB zamiast skali szarości. Podobnie jak mapa wypukłości, normalna mapa ma oś styczną i oś normalną, ale wprowadza również oś bitangentową. A ponieważ jest trzecia oś, musi być trzeci kolor, żeby ją reprezentować. Poniższa tabela ilustruje, jak każda mapa przekłada kolory na wektory.

Oś wektorowa	tłumaczenie koloru mapy Bump	tłumaczenie koloru mapy normalnej
normalny	Biały	Niebieski
styczna	Czarna	Czerwona
Bitangent	N / A	Zielony

kluczem do zrozumienia jest to, że mapa normalna ma zdolność do definiowania normalności powierzchniowych w przestrzeni globalnej 3D, ponieważ istnieją trzy składniki wektorowe składające się na wspomnianą normalność. Każdy ze składników może być związany z globalnymi składnikami X, Y i Z kartezjańskiej przestrzeni świata, w której stałe jest źródło światła.

Mapa bumpa nie może tego zrobić, ponieważ nie ma Trzeciej składowej odnoszącej się do normalnej do globalnej przestrzeni kartezjańskiej. Z tego powodu możesz uzyskać podświetlenia, w których spodziewasz się cieni z mapowaniem nierówności.

trzy wektorowe elementy mapy normalnej tworzą układ kartezjański, co oznacza, że wszystkie są prostopadłe do siebie. Jednak układ współrzędnych może być nadal zorientowany w nieskończonej ilości kierunków i musi być jakoś ograniczony, aby Mapa miała sens.

odbywa się to poprzez orientację składników wektorowych na współrzędne tekstury mapy. Większość programów do renderowania i modelowania 3D zrobi to za Ciebie w tle, więc nie ma sprawy, jeśli nie zwracałeś uwagi na zajęciach z algebry liniowej. Do wyboru są zazwyczaj 3 różne orientacje:

• przestrzeń styczna
• przestrzeń obiektu
• przestrzeń Świata

każda z nich ma swoje zalety i wady, w zależności od zastosowania obiektu. Zajmiemy się tym później.

niezależnie od tego, która orientacja jest używana, jest to ważny krok, ponieważ pozwala silnikowi renderującemu obliczyć statystyki powierzchni w taki sposób, że wszystkie płynnie odnoszą się do siebie. Rezultatem jest postrzegana faktura powierzchni, która reaguje równomiernie na globalne źródło światła.

więc to jest duża różnica. Obie mapy wpływają na oświetlenie na powierzchni, ale robią to w różny sposób. Normalna Mapa wyróżnia się umiejętnością powiązania tekstury powierzchni z przestrzenią 3D, w której się znajduje. To ostatecznie zapewni bardziej wiarygodne renderowanie, chociaż często używa się Map wypukłych i normalnych, aby stworzyć bardzo szczegółowe powierzchnie.

ponownie żadna z tych metod nie modyfikuje geometrii 3D powierzchni bazowej.

szybka uwaga na temat normalnej orientacji mapy

ponieważ normalne mapy określają kąt, pod którym światło odbija się od powierzchni, ważne jest, aby rozważyć, w jaki sposób mapa jest zorientowana w stosunku do obiektu, do którego jest zastosowana.

przestrzeń styczna jest najczęściej

gdy normalna mapa jest zorientowana w przestrzeni stycznej, jej normalne tekstury są przechowywane w stosunku do normalnej geometrii. Jest to zazwyczaj najbardziej uniwersalne, ponieważ pozwala obiektowi poruszać się i deformować w przestrzeni, zachowując nienaruszone efekty tekstury. Jest to szczególnie przydatne podczas teksturowania takich rzeczy jak:

• skóra postaci
• ruchome tkaniny
• obiekty, które poruszają się i wchodzą w interakcje z użytkownikiem

; użyj tego, jeśli teksturowany obiekt będzie poruszał się w przestrzeni razem z użytkownikiem.

przestrzeń obiektu tworzy wyższą jakość kosztem wszechstronności

normalna Mapa zorientowana w przestrzeni obiektu oblicza swoje normalne wartości względem obiektu jako całości. Obiekt nadal może się poruszać, ale jeśli jego powierzchnie odkształcą się, mogą wystąpić problemy z normalnością. Mapy są zwykle specjalnie dostosowane do obiektu, na który są nakładane, co prowadzi do ostrzejszych szczegółów i lepszego wygładzania.

utrudnia to jednak ponowne użycie lub kafelkowanie mapy na innych powierzchniach. Współrzędne tekstury również nie mogą być dublowane. Tak więc modelowanie tekstury na obiektach symetrycznych będzie dwukrotnie większe.

przestrzeń świata tworzy całkowicie stałą mapę

normalna Mapa zorientowana w przestrzeni świata jest stała w miejscu względem globalnych współrzędnych 3D. Oznacza to, że obiekt, na który zostanie zastosowany, powinien pozostać nieruchomy; w przeciwnym razie” wymknie się ” spod mapy, jeśli zostanie przeniesiony.

to jest dobre do tworzenia wysokich poziomów szczegółowości na dużych, stacjonarnych obiektach środowiska.

Która Mapa Ma Lepszą Prędkość Renderowania?

podczas gdy szybkość renderowania zależy w dużym stopniu od samego silnika renderowania, mapy bump i normalne mapy zajmują różne ilości pamięci.

zazwyczaj normalne mapy są szybsze do renderowania niż mapy wypukłe.

różnica nie jest drastyczna, ale jest. Normalne mapy nieco odbiegają od map nierówności, ponieważ nie wymagają wielu próbek tekstur, tak jak robią to Mapy nierówności.

jakiej Mapy użyć?

jak z czymkolwiek, nie ma jednomyślnej zgody, że jedna z tych map jest lepsza od drugiej. Mapy Bump i normalne mapy mają zalety w różnych zastosowaniach. Zbadajmy kilka z nich.

najlepsze zastosowania mapowania normalnego

poruszyliśmy już niektóre z nich, omawiając różne normalne orientacje map. Ogólnie rzecz biorąc, normalne mapy są najbardziej wszechstronnym rozwiązaniem, gdy potrzebujesz tekstury, która dobrze reaguje na ruch. Może to dotyczyć niemal wszystkiego:

• postacie
• broń/narzędzia/obiekty
• Pojazdy
• Tekstylia
• liście

normalne mapy są również przydatne do wprowadzania szczegółów w części środowiska, które mają być oglądane z bliska.

• ściany
• chodniki
• oznakowanie

normalne mapy są niezwykle wszechstronne, szczególnie przy stycznej orientacji przestrzeni. Owijają się również wokół krawędzi, aby uzyskać korzystny efekt ukosowania, czego nie mogą zrobić mapy uderzeń. Zmiękcza to ostre krawędzie obiektu, który nie powinien mieć ostrych krawędzi, dzięki czemu obraz jest bardziej wiarygodny.

to nie osiąga tego samego poziomu szczegółowości, co Mapa przemieszczenia (którą pokrótce omówimy na końcu tego artykułu), ale przynajmniej tworzy iluzję zaokrąglonych krawędzi na rzeczach takich jak:

• klamki
• Uchwyty do Broni
• narożniki ścienne

ten subtelny efekt nie jest możliwy do osiągnięcia przy użyciu mapy uderzeń.

najlepsze zastosowania do mapowania nierówności

Mapy nierówności najlepiej stosować do powierzchni tła lub stosunkowo małych obiektów. Pomyśl o cechach środowiska, które mają być postrzegane w oddali.

• sala operacyjna
• krajobrazy
• Cityscapes

ponieważ mapy wypukłe nie działają tak dobrze, jak zwykłe mapy na ruchomych obiektach, można je łatwo zastosować do tła sceny lub aspektów o średnim poziomie szczegółowości. Ponieważ są one łatwiejsze do utworzenia i nie wymagają tyle obliczeń wektorowych, są one mniej wysiłku opcja.

jednak, gdy stosuje się do części środowiska, które nie będą pod tak dużą kontrolą, mapy bump dają najwięcej za przysłowiową dolara.

mogą być również używane razem

nie zapominaj, że mapy wypukłe i normalne mogą być nakładane na siebie, aby stworzyć jeszcze większą głębię szczegółowości renderowania.

podobnie jak w przypadku każdej mapy tekstur, możesz nakładać warstwy tak wiele lub tak niewiele, jak chcesz, aby osiągnąć pożądany poziom szczegółowości.

• Mapy uderzeń dostosowują postrzeganą wysokość powierzchni względem siebie
• normalne mapy dostosowują postrzegany kąt, pod którym światło odbija się od powierzchni

połącz te dwa elementy, aby zrównoważyć korzyści płynące zarówno z manipulacji wysokością, jak i kątem powierzchni.

Podsumowując.

różnica między mapą nierówności a mapą normalną polega na tym, jak każda z nich manipuluje powierzchnią, aby oddziaływać ze światłem. Mapy uderzeń działają w „dwóch wymiarach”, używając skali szarości do sztucznego przesuwania części powierzchni w górę lub w dół. Poruszanie się w górę oznacza jaśniejsze, a poruszanie się w dół oznacza ciemniejsze.

normalne mapy działają w „trzech wymiarach” za pomocą kanałów koloru czerwonego, zielonego i Niebieskiego, aby sztucznie manipulować kierunkiem, w którym światło odbija się od powierzchni.

mapy mogą być używane razem lub pojedynczo, a żadna Mapa tekstury nie zmienia geometrii powierzchni. Podczas gdy normalne mapy mogą owijać się wokół krawędzi, aby uzyskać efekt ukosowania, obie te mapy nie są w stanie stworzyć złudzenia tekstury wzdłuż krawędzi.

Bonus: Co Z Mapami Przemieszczenia?

jeśli chcesz renderować krawędzie powierzchni tak, aby sylwetka obiektu pasowała do tekstury, Mapa wypukłości lub mapa normalna nie zostaną jej wycięte.

zaletą map wypukłych i normalnych jest to, że tworzą one iluzję tekstury bez faktycznej zmiany siatki powierzchni. Oznacza to, że rozmiar modelu może pozostać niewielki, a czas renderowania jest nadal dość szybki. Ogranicza to jednak ilość szczegółów na krawędziach obiektów.

tu pojawiają się mapy przemieszczeń. Rozważ przykład ceglanego muru. Cegły wystają w stosunku do zaprawy trzymającej je razem. Jeśli więc rozglądasz się za krawędzią tego narożnika, nie wygląda to na linię prostą, Cegły wystają, a moździerz się wycofuje.

ani normalne mapy, ani mapy wybojów nie mogą osiągnąć tej iluzji, a byłoby po prostu żmudnym zadaniem siedzieć tam i właściwie modelować te wszystkie klocki. Nie wspominając o tym, że twój model 3D byłby całkiem niezgrabny.

tu pojawia się mapowanie przemieszczeń. To, jak mapa nierówności, dostosowuje wysokość powierzchni. Ale zamiast manipulować oświetleniem, manipuluje rzeczywistym kształtem obiektu po renderowaniu. Z tego powodu wymaga więcej czasu renderowania i znacznie drobniejszej siatki na powierzchni. Na przykład, większa powierzchnia musi być podzielona na setki, a raczej tysiące pojedynczych powierzchni.

warto jednak, jeśli silnik renderujący jest wystarczająco mocny i potrzebny jest szczegół.

poniżej kilka przydatnych filmów, aby pokazać te pojęcia wizualnie:

mapowanie uderzeń: