Mis on normaali kaardistamine?
3D-arvutigraafikas ei pea 3D-mudeli kõiki detaile tänu normaali kaardistamisele modelleerima ega objekti geomeetrias kujundama. Seda tehnikat kasutatakse illusoorsete pinnadetailide loomiseks, et suurendada digitaalsete objektide realistlikkust ilma geomeetrilist keerukust suurendamata.
Normaali kaardistamisprotsessi mõistmine.
3D-modelleerimisel kujutatakse pindu hulknurkadega. Valgusarvutused tehakse nende hulknurkade geomeetria põhjal samamoodi, nagu kasutaks kunstnik kolme mõõtme jäljendamiseks varjutustehnikaid. See lähenemine toimib väga hästi; see võib aga muutuda arvutuslikult intensiivseks, piirates üldist võimalikku detailsuse taset. Normaali kaardistamine pakub suurepärase ja kerge lahenduse, muutes seda, kuidas valgus interakteerub pinnaga, muutmata selle aluseks olevat geomeetriat.
Normaalikaardid salvestavad teavet pinna kohta tekstuurikujutise kujul. Kodeerides tekstuuris pinna normaali, saavad normaalikaardid matkida pinna detailide, nagu konarused, kriimud, kortsud ja palju muud, välimust, ilma et see muudaks allolevat geomeetriat keerukamaks.
Normaalikaardid arvutatakse renderdamisel, kasutades tavaliselt kaardilt muudetud pinna normaali. Kuna need arvutused on vähem arvutusmahukad, on võimalik saavutada kõrget detailsust isegi reaalajas, muutes normaalikaardid videomängude arendajate poolt populaarseks tehnikaks.
Kus me täna normaali kaardistamist näeme.
Üldiselt on normaali kaardistamine mitmekülgne tehnika ja seda peaksid kasutama kõik 3D-kunstnikud ja disainerid, et oma töövoogu kiirendada ja parandada.
Näete normaali kaardistamist mitte ainult stsenaariumide puhul, kus riistvarapiirangud on äärmiselt olulised, näiteks videomängud, mis nõuavad stseenide reaalajas renderdamist mängija jaoks, vaid ka arvutianimeeritud filmides, arhitektuurilises visualiseerimises ja tootekujunduses.
Normaali kaardistamine ei mõjuta objekti värvimist, seega näete seda kõige sagedamini juhtudel, kui objekti pind ei ole täiesti tasane või sile. Ausalt öeldes tähendab see, et peaaegu iga 3D-mudel võib kasutada normaalikaarti, et kinnitada selle realistlikkust, alates kulunud nahast, konarlikest puidukiududest, inimnahast, kangast ja muust.
Normaali kaardistamiseks kasutatakse tavaliselt mitmeid olulisi tööriistu ja tarkvarasid. Järgnevalt on mõned neist välja toodud.
1. 3D-modelleerimise tarkvara: normaali kaardistamiseks kasutatavate mudelite loomiseks kasutatakse tööriistu nagu Blender, Maya, ZBrush ja {{substance-3d-modeler}}. Suurepäraseid tarkvaralahendusi on palju, mis kõik toovad modelleerimise ja vormimise puhul kaasa oma lähenemisviisid.
2. Tektuuri maalimise tarkvara: tarkvarasid, nagu {{substance-3d-painter}} või isegi Adobe Photoshop, saab kasutada tekstuurikaartide, sealhulgas normaalikaartide loomiseks ja redigeerimiseks.
3. Normaalikaardi generaatorid: normaalikaardi genereerimise tarkvara aitab luua normaali kaarte kõrge eraldusvõimega geomeetria- või tekstuuriteabe põhjal. Sellised tööriistad nagu xNormal, CrazyBump või Substance 3D Designer võivad erinevatel sisenditel põhinevaid normaalikaarte luua.
4. Mängumootorid: mängumootoritel, nagu Unreal Engine ja Unity, on sisseehitatud tugi tavaliseks kaardistamiseks. Need mootorid pakuvad normaalikaartide eeliste kasutamiseks vajalikke tööriistu ja renderdamisvõimalusi. Need sobivad ühtviisi suurepäraselt nii renderduse kui ka mängukogemuse loomiseks.
5. Varjutajate programmeerimiskeeled: varjutajate programmeerimiskeelte, nagu HLSL (kõrgetasemeline varjutuskeel) või GLSL (OpenGL-i varjutuskeel) mõistmine võib olla kasulik kohandatud varjutajate loomiseks, mis kasutavad ära normaali kaardistamist. Need keeled võimaldavad arendajatel määratleda, kuidas valgustus koostoimib normaali- ja muude tekstuurikaartidega, et saavutada hämmastavaid visuaalseid efekte.
See loend ei pruugi olla kõikehõlmav, kuid see pakub loojatele suurepärase koha alustamiseks, et kujundada põhiteadmised normaali kaardistamisest ja nende rakendamisest reaalajas renderduskeskkondades.
Piltide autor Playground Games.
Mille poolest erinevad normaalikaardid konaruste kaartidest?
Normaalikaardid salvestavad sõnaselget pinna normaali teavet, kasutades RGB-pilte, kus iga värvikanal esindab pinna normaali vektori X-, Y- ja Z-komponente igas tekslis. Normaalikaardid hõlmavad palju rohkem teavet pinna orientatsiooni kohta. Normaalikaardid ei mõjuta mudeli enda geomeetriat, kuid muudavad siiski seda, kuidas valgus selle ümber interakteerub.
Võrreldes konaruste kaartidega annavad normaalikaardid kõige täpsemad tulemused, jäädvustades pinnadetaile, mis ei ületa ainult kõrguse erinevusi.
Normaali kaardistamise plussid ja miinused.
1. Realistlikud pinnadetailid: normaali kaardistamine võimaldab lisada keerukaid pinnadetaile ilma geomeetrilist keerukust suurendamata.
2. Tõhusus: normaali kaardistamine on arvutuslikult tõhus tehnika, eriti võrreldes mudelite hulknurkade arvu suurendamisega pinnadetailide saavutamiseks.
3. Mäluvajaduse vähendamine: normaalikaardid salvestavad teabe tekstuurivormingus, mis tavaliselt kasutab vähem mälu võrreldes geomeetriateabe salvestamisega.
4. Taaskasutatavus: normaalikaarte saab hõlpsasti erinevatele mudelitele rakendada, võimaldades kunstnikel ja arendajatel neid mitme vara puhul uuesti kasutada. See säästab aega, vaeva ja toote lõplikku suurust.
5. Interaktiivsed valgusefektid: normaali kaardistamine suurendab valguse ja mudeli koostoimet, võimaldab dünaamilise 3D-valgustuse efekte, nagu silmatorkavad esiletõstmised, varjundi variatsioonid ja täpsemad peegeldused.
1. Piiratud geomeetria muutmine: normaalikaardid mõjutavad ainult pinnadetailide välimust ja ei saa geomeetriat muuta. Nende loodud illusioon võib sageli olla kasulik, kuigi mõnikord võib vaja minna muid tehnikaid, kui on vaja geomeetria tegelikku muutmist.
2. Loomine ja töötlemine: kvaliteetsete normaalikaartide loomine võib olla keeruline ning nõuab eriteadmisi ja tarkvara. Normaalikaartide töötlemine võib olla keeruline andmete keerukuse tõttu.
3. Tekstuuriruumi piirangud: normaalikaardid nõuavad täiendavat tekstuuriruumi, kuna need salvestatakse tavaliselt RGB-piltidena. See võib mõjutada üldist mälukasutust ja võib mõnel juhul nõuda hoolikat optimeerimist.
4. Puutujaruumi piirangud: normaalikaardid määratletakse tavaliselt puutujaruumis, mis tähendab, et need sõltuvad mudeli orientatsioonist ja UV-koordinaatidest. See võib mõnikord põhjustada visuaalseid artefakte, kui rakendate sama normaalikaarti erineva UV-paigutuse või orientatsiooniga mudelitele.
Vaatamata mõningatele piirangutele on normaalikaardid kõige tõhusam tehnika 3D-mudelite visuaalse kvaliteedi ja realistlikkuse parandamiseks reaalajas. Normaali kaardistamine pakub tervet tasakaalu jõudluse ja visuaalse täpsuse vahel, muutes selle hindamatuks tööriistaks 3D-tekstureerimisel ja -renderdamisel.
Teadke, millal normaali kaardistamist kasutada.
Lisateave normaali kaardistamise kohta.
Korduma kippuvad küsimused
MIS ON NORMAALIKAART MÄNGUDISAINIS?
MITU KANALIT ON NORMAALIKAARDIL?
Normaalikaardid luuakse RGB-kujutise (punane, roheline ja sinine) abil, kus iga pildi värvikanal tähistab pinna normaali X-, Y- ja Z-komponenti kaardi igas tekslis. See tähendab, et normaalikaardil on kolm kanalit, millest igaüks sisaldab positiivseid või negatiivseid väärtusi.
- Punane kanal (R) vastab pinna normaali vektori X-komponendile.
- Roheline kanal (G) tähistab pinna normaali vektori Y-komponenti.
- Sinine kanal (B) tähistab pinna normaali vektori Z komponenti.
Kõiki kolme kanalit kasutatakse koos, et pakkuda iga tekseli jaoks selgeid orientatsiooniandmeid, mida kasutatakse renderdamisel 3D-mudeli valgus- ja varjuefektide parandamiseks.
MIKS SEDA NIMETATAKSE NORMAALIKAARDIKS?
Arvutigraafikas viitab „normaal“ vektorile, mis on teatud punktis pinnaga risti (või on „normaalvektor“). Seega nimetame tavakaarte „normaalikaartideks“, kuna need salvestavad teavet 3D-mudeli pinna normaalide kohta.
Kasutades renderdamisel normaalikaarti, muudetakse 3D-mudeli pinna normaale kaardil salvestatud teabe põhjal, mille tulemuseks on valgustus- ja varjuefektid, mis loovad illusiooni keerukatest pinnadetailidest.