Dėka normalių žemėlapių kūrimo, 3D kompiuterinėje grafikoje ne kiekviena 3D modelio detalė turi būti modeliuojama ar formuojama objekto geometrijoje. Ši technika naudojama sukurti netikras paviršiaus detales, padarančias skaitmeninius objektus realistiškesniais nedidinant geometrinio sudėtingumo.
3D modeliavime paviršiai vaizduojami daugiakampiais. Apšvietimo skaičiavimai atliekami pagal šių daugiakampių geometriją taip pat, kaip menininkas, norėdamas imituoti tris matmenis, naudoja šešėliavimo metodus. Šis metodas veikia labai gerai, tačiau jis gali būti labai imlus skaičiavimams, o tai apriboja bendrą galimą detalumo lygį. Normalių žemėlapių kūrimas yra puikus ir lengvas sprendimas, nes keičia šviesos sąveikos su paviršiumi būdą nekeičiant pagrindinės geometrijos.
Normalių žemėlapiuose informacija apie paviršių saugoma tekstūros vaizdo pavidalu. Užkodavus paviršiaus normalę tekstūroje, normalių žemėlapiais galima imituoti paviršiaus detalių, pavyzdžiui, iškilimų, įbrėžimų, raukšlių ir kt., išvaizdą, neapsunkinant žemiau esančios geometrijos.
Normalių žemėlapiai apskaičiuojami per atvaizdavimą naudojant modifikuotą paviršiaus normalę iš normalių žemėlapio. Kadangi šie skaičiavimai yra mažiau intensyvūs, galima pasiekti aukštą detalumo lygį net realiuoju laiku, todėl normalių žemėlapiai yra populiarus vaizdo žaidimų kūrėjų naudojamas metodas.
Apskritai normalių žemėlapių kūrimas yra universalus metodas, kurį turėtų naudoti visi 3D menininkai ir dizaineriai, norėdami paspartinti ir pagerinti savo darbo eigą.
Normalių žemėlapių kūrimą galima pamatyti ne tik tais atvejais, kai aparatinės įrangos apribojimai yra labai svarbūs, pavyzdžiui, vaizdo žaidimuose, kuriuose scenos turi būti atvaizduojamos realiuoju laiku žaidėjams, bet ir kompiuterinės animacijos filmuose, architektūrinėje vizualizacijoje ir gaminių dizaine.
Normalių žemėlapių kūrimas nedaro įtakos objekto spalvinimui, todėl jis dažniausiai naudojamas tais atvejais, kai objekto paviršius nėra idealiai plokščias ar lygus. Tiesą sakant, tai reiškia, kad normalių žemėlapį galima naudoti beveik kiekvienam 3D modeliui, kad būtų patvirtintas jo tikroviškumas, pradedant nudėvėta oda, nelygiais medžio grūdais, žmogaus oda, audiniu ir kt.
Yra keli pagrindiniai įrankiai ir programinė įranga, kurie dažniausiai naudojami normalių žemėlapiams kurti. Štai keli jų:
1. 3D modeliavimo programinė įranga: tokie įrankiai kaip „Blender“, „Maya“, „ZBrush“ ir „„Substance 3D Modeler““ naudojami modeliams, kurie bus naudojami normalių žemėlapių kūrimui, kurti. Yra daugybė puikių programinės įrangos sprendimų, jie visi pateikia skirtingas modeliavimo ir formavimo galimybes.
2. Tekstūrų piešimo programinė įranga: tokia programinė įranga kaip „Substance 3D Painter“ ar netgi „Adobe Photoshop“ gali būti naudojama tekstūriniams žemėlapiams, įskaitant normalių žemėlapius, kurti ir redaguoti.
3. Normalių žemėlapių generatoriai: normalių žemėlapių generavimo programinė įranga padeda sukurti įprastus žemėlapius iš didelės skiriamosios gebos geometrijos arba tekstūros informacijos. Tokie įrankiai kaip „xNormal“, „CrazyBump“ arba „Substance 3D Designer“ gali generuoti normalių žemėlapius pagal įvairius įvesties duomenis.
4. Žaidimų varikliai: žaidimų varikliai, pavyzdžiui, „Unreal Engine“ ir „Unity“, turi integruotą normalių žemėlapių kūrimo funkciją. Šiuose varikliuose yra reikalingų įrankių ir atvaizdavimo galimybių normalių žemėlapiams panaudoti. Jie vienodai puikiai tinka tiek atvaizdavimui, tiek žaidimų patirčiai kurti.
5. Šėšėlių programavimo kalbos: tokios šėšėlių programavimo kalbos, kaip HLSL („High-Level Shading Language“) arba GLSL („OpenGL Shading Language“), gali būti naudingos kuriant pasirinktinius šešėlius, kurie naudoja normalių žemėlapių kūrimą. Šios kalbos leidžia kūrėjams nustatyti, kaip apšvietimas sąveikauja su normalių ir kitais tekstūriniais žemėlapiais, kad būtų pasiektas nuostabus vizualinis efektas.
Šis sąrašas gal ir nėra išsamus, tačiau tai puikus atspirties takas kūrėjams formuojant pagrindinį supratimą apie normalių žemėlapių kūrimą ir jo įgyvendinimą realaus laiko atvaizdavimo aplinkose.
Normalių žemėlapiuose aiški paviršiaus normalės informacija saugoma naudojant RGB vaizdus, kuriuose kiekvienas spalvinis kanalas atspindi paviršiaus normalės vektoriaus X, Y ir Z komponentes kiekviename tekselio taške. Normalių žemėlapiuose užfiksuota daug daugiau informacijos apie paviršiaus orientaciją. Normalių žemėlapiai nedaro įtakos paties modelio geometrijai, tačiau vis tiek keičia šviesos sąveiką aplink jį.
Palyginti su reljefo žemėlapiais, normalių žemėlapiai duoda tiksliausius rezultatus, nes juose užfiksuojamos ne tik aukščio variacijos, bet ir kitos paviršiaus detalės.
1. Tikroviškos paviršiaus detalės: kuriant normalių žemėlapius galima pridėti sudėtingų paviršiaus detalių nedidinant geometrinio sudėtingumo.
2. Efektyvumas: normalių žemėlapių kūrimas yra skaičiavimo požiūriu efektyvus metodas, ypač lyginant su modelių daugiakampių skaičiaus didinimu, kad būtų pasiektas paviršiaus detalumas.
3. Atminties poreikio mažinimas: kuriant normalių žemėlapius informacija saugoma tekstūros formatu, kuris paprastai naudoja mažiau atminties, palyginti su geometrijos informacijos saugojimu.
4. Pakartotinio naudojimo galimybės: normalių žemėlapius galima lengvai taikyti skirtingiems modeliams, todėl menininkai ir kūrėjai gali juos pakartotinai naudoti įvairiuose objektuose. Taip sutaupoma laiko, pastangų ir sumažinamas galutinio produkto dydis.
5. Interaktyvūs apšvietimo efektai: normalių žemėlapių kūrimas pagerina šviesos sąveiką su modeliu, leidžia sukurti dinamiškus 3D apšvietimo efektus, pavyzdžiui, veidrodinius išryškinimus, šešėlių pokyčius ir tikslesnius atspindžius.
1. Ribotas geometrijos keitimas: normalių žemėlapiai veikia tik paviršiaus detalių išvaizdą ir negali keisti geometrijos. Jų kuriama iliuzija dažnai gali būti naudinga, nors kartais, kai reikia iš tikrųjų pakeisti geometriją, gali prireikti kitų metodų.
2. Kūrimas ir redagavimas: sukurti aukštos kokybės normalių žemėlapius gali būti sudėtinga, tam reikia specialių žinių ir programinės įrangos. |prastus žemėlapius gali būti sunku redaguoti dėl sudėtingo duomenų pobūdžio.
3. Tekstūrų erdvės apribojimai: normalių žemėlapiams reikia papildomos tekstūros erdvės, nes jie paprastai saugomi kaip RGB vaizdai. Tai gali turėti įtakos bendram atminties naudojimui ir kai kuriais atvejais gali prireikti kruopštaus optimizavimo.
4. Tangentinės erdvės apribojimai: normalių žemėlapiai paprastai apibrėžiami tangentinėje erdvėje, t. y. jie priklauso nuo modelio orientacijos ir UV koordinačių. Dėl to kartais gali atsirasti vizualinių artefaktų, kai tas pats normalių žemėlapis taikomas modeliams, kurių UV išdėstymas ar orientacija skiriasi.
Nepaisant kai kurių apribojimų, normalių žemėlapiai yra veiksmingiausias metodas, skirtas 3D modelių vizualinei kokybei ir tikroviškumui realiuoju laiku pagerinti. Normalių žemėlapių kūrimas užtikrina tinkamą pusiausvyrą tarp našumo ir vizualinio tikroviškumo, todėl tai yra neįkainojama 3D tekstūravimo ir atvaizdavimo priemonė.
Normalės kuriamos naudojant RGB (raudonos, žalios ir mėlynos spalvos) vaizdą, kuriame kiekvienas vaizdo spalvinis kanalas atspindi paviršiaus normalės X, Y ir Z komponentę kiekviename žemėlapio tekselio taške. Tai reiškia, kad normalių žemėlapis turi tris kanalus, kurių kiekviename yra teigiamos arba neigiamos vertės.
Visi trys kanalai naudojami kartu, kad būtų galima gauti aiškius kiekvieno tekselio orientacijos duomenis, kurie naudojami per atvaizdavimą, siekiant pagerinti 3D modelio apšvietimo ir šešėliavimo efektus.
Kompiuterinėje grafikoje „normalė“ reiškia vektorių, kuris yra statmenas (arba „normalus“) paviršiui tam tikrame taške. Taigi normalių žemėlapius taip vadiname, nes juose saugoma informacija apie 3D modelio paviršiaus normales.
Taikant normalių žemėlapį atvaizdavimo metu, 3D modelio paviršiaus normalės modifikuojamos pagal žemėlapyje saugomą informaciją, todėl sukuriamas apšvietimo ir šešėliavimo efektas, sukuriantis sudėtingų paviršiaus detalių iliuziją.
Kurkite, tekstūruokite, režisuokite ir atvaizduokite 3D objektus bei scenas.