При создании компьютерной 3D-графики наложение нормалей позволяет избежать моделирования и скульптинга множества деталей 3D-модели в геометрии объекта. Этот метод используется для имитации деталей поверхности, чтобы повысить реалистичность цифровых объектов без увеличения геометрической сложности.
В 3D-моделировании поверхности представлены многоугольниками. Расчеты освещения выполняются на основе геометрии этих многоугольников аналогично тому, как художник использует технику затенения для имитации трех измерений. Такой подход довольно эффективен, однако он может требовать больших вычислительных затрат, что ограничивает общий уровень детализации. Наложение нормалей — это идеальное и не требовательное к ресурсам решение, основанное на изменении способа взаимодействия света с поверхностью без вмешательства в базовую геометрию.
Карты нормалей хранят информацию о поверхности в виде изображения текстуры. Кодирование нормалей к поверхности в текстуру позволяет с помощью карт нормалей имитировать такие детали поверхности, как неровности, царапины, складки и т. д., при этом не усложняя геометрию.
Карты нормалей рассчитываются во время рендеринга с использованием измененной нормали к поверхности из карты нормалей. Поскольку эти расчеты требуют меньше вычислений, можно добиться высокого уровня детализации даже в режиме реального времени, что делает карты нормалей популярным методом среди разработчиков видеоигр.
Наложение нормалей — это универсальный метод, который будет полезен для любого 3D-художника и дизайнера, так он позволяет ускорить и оптимизировать рабочие процессы.
Наложение нормалей используется не только в сценариях с жесткими аппаратными ограничениями, например в видеоиграх, где рендеринг сцен происходит в режиме реального времени, но и в компьютерной анимации, архитектурной визуализации и дизайне продуктов.
Наложение нормалей не влияет на окраску объекта, поэтому чаще всего используется в случаях, когда поверхность объекта не идеально ровная или гладкая. Это означает, что карта нормалей может применяться практически в каждой 3D-модели для придания ей реалистичности с помощью таких текстур как потертая кожа, неровная поверхность дерева, человеческая кожа, ткань и многих других.
Существует несколько основных инструментов и программ, которые обычно используются для наложения нормалей. Ниже перечислены некоторые из них.
1. ПО для 3D-моделирования: для создания моделей, которые будут применяться для наложения нормалей, используются такие инструменты, как Blender, Maya, Zbrush и Substance 3D Modeler. Существует множество замечательных программных решений, и у каждого из них собственный подход к моделированию и скульптингу.
2. ПО для создания текстур: для создания и редактирования текстурных карт, включая карты нормалей, можно использовать такие приложения, как Substance 3D Painter или даже Adobe Photoshop.
3. Генераторы карт нормалей: ПО для генерирования карт нормалей позволяет создавать карты нормалей на основе высокоточных данных о геометрии и текстуре. Такие инструменты, как xNormal, CrazyBump или Substance 3D Designer, могут генерировать карты нормалей на основе различных исходных данных.
4. Игровые движки: такие игровые движки, как Unreal Engine и Unity, имеют встроенную поддержку наложения нормалей. Эти движки предлагают необходимые инструменты и возможности рендеринга для эффективного использования карт нормалей. Они одинаково хорошо подходят как для работы над рендерами, так и для создания игровых впечатлений.
5. Языки для программирования шейдеров: знание языков для программирования шейдеров, таких как HLSL (High-Level Shading Language) или GLSL (OpenGL Shading Language), может быть полезно для создания пользовательских шейдеров, в которых реализованы преимущества наложения нормалей. Эти языки позволяют разработчикам определять, как освещение взаимодействует с картами нормалей и другими текстурами для достижения потрясающих визуальных эффектов.
Возможно, этот перечень неполный, но он станет идеальной отправной точкой для авторов, желающих разобраться в основах процесса наложения нормалей и способах их использования в средах с рендерингом в режиме реального времени.
В картах нормалей содержатся подробные данные о нормалях к поверхности в виде изображений RGB, где цветовые каналы представляют компоненты X, Y и Z вектора нормали к поверхности в каждом текселе. Карты нормалей передают гораздо больше информации об ориентации поверхности. Они не влияют на геометрию модели, но изменяют взаимодействие с ней света.
По сравнению с картами рельефа, карты нормалей дают наиболее точные результаты, так как содержат данные о деталях поверхности, а не только об изменениях высот.
1. Реалистичные детали поверхности: наложение нормалей позволяет добавлять множественные детали поверхности без увеличения геометрической сложности.
2. Эффективность: наложение нормалей — это эффективная в вычислительном отношении технология, особенно по сравнению с методом увеличения количества многоугольников в моделях для обеспечения детализации поверхности.
3. Более низкие требования к объему памяти: карты нормалей хранят информацию в виде текстур, для которых обычно требуется меньше памяти, чем для хранения геометрической информации.
4. Возможность многократного использования: карты нормалей можно легко применять к различным моделям, что позволяет художникам и разработчикам повторно использовать их для различных ресурсов. Это помогает сэкономить время, сократить трудозатраты и уменьшить конечный размер продукта.
5. Интерактивные эффекты освещения: наложение нормалей улучшает взаимодействие света с моделью, позволяя создавать динамические эффекты 3D-освещения, например световые блики, различные варианты теней и более точные отражения.
1. Ограниченные возможности изменения геометрии: карты нормалей влияют только на внешний вид деталей поверхности и не могут изменять геометрию. Иллюзия, которую они создают, часто бывает полезной, хотя иногда, когда требуется реальное изменение геометрии, могут потребоваться другие методы.
2. Создание и редактирование: создание высококачественных карт нормалей — непростая задача, которая требует специальных знаний и наличия подходящего ПО. Редактирование карт нормалей может быть затруднено в силу характера данных.
3. Ограничения, связанные с местом для текстур на жестком диске: карты нормалей требуют дополнительного места для текстур на жестком диске, так как обычно хранятся в виде RGB-изображений. Это может повлиять на использование памяти в целом, а в некоторых случаях — привести к необходимости тщательной оптимизации.
4. Ограничения, связанные с касательным пространством: карты нормалей обычно задаются в касательном пространстве, то есть зависят от ориентации модели и текстурных координат. Иногда это приводит к возникновению визуальных артефактов при применении одной и той же карты нормалей к моделям с разной ориентацией или с разным расположением текстурных координат.
Несмотря на некоторые ограничения, карты нормалей — это наиболее эффективный метод повышения качества визуализации и реалистичности 3D-моделей в режиме реального времени. Метод наложения нормалей позволяет оптимизировать баланс между производительностью и визуальной точностью, что делает его бесценным инструментом для 3D-текстурирования и рендеринга.
Нормали создаются с помощью изображения RGB (с красным, зеленым и синим каналами), где цветовые каналы изображения представляют собой компоненты X, Y и Z нормали к поверхности в каждом текселе карты. Это означает, что карта нормалей имеет три канала, каждый из которых содержит положительные или отрицательные значения.
Все три канала позволяют получить точные данные об ориентации каждого текселя, которые используются во время рендеринга для улучшения эффектов освещения и затенения 3D-модели.
В компьютерной графике «нормаль» означает вектор, перпендикулярный (или «нормальный») к поверхности в определенной точке. Таким образом, карты нормалей имеют такое название, так как хранят информацию о нормалях к поверхности 3D-модели.
При применении карты нормалей во время рендеринга происходит изменение нормалей к поверхности 3D-модели на основе данных, хранящихся в карте, что позволяет создавать эффекты освещения и затенения для имитации сложных деталей поверхности.
Создавайте 3D-объекты и сцены, добавляйте текстуры и выполняйте рендеринг.
Based on your location, we think you may prefer the United States website, where you'll get regional content, offerings, and pricing.
