¿Qué es el mapeado de normales?

En el modelado en 3D, las superficies se representan mediante polígonos. Los cálculos de la iluminación se efectúan a partir de la geometría de estos polígonos del mismo modo que en el arte pictórico se emplean técnicas de sombreado para imitar las tres dimensiones. Aunque este método es muy eficaz, puede llegar a consumir muchos recursos informáticos, lo que limita el nivel general de detalle posible. El mapeado de normales proporciona una solución magnífica y ligera al modificar la forma en la que la luz interactúa con una superficie sin alterar la geometría subyacente.

Los mapas de normales almacenan información sobre una superficie en forma de imagen de una textura. Al codificar la normal de la superficie en una textura, los mapas de normales pueden simular la apariencia de los detalles superficiales como, por ejemplo, bultos, arañazos y arrugas, entre otros, sin aumentar la complejidad geométrica subyacente.

Los mapas de normales se calculan durante el renderizado mediante la normal de la superficie modificada procedente del mapa de normales. Dado que estos cálculos consumen menos recursos informáticos, se pueden lograr elevados niveles de detalle, incluso en tiempo real, lo que convierte a los mapas de normales en una técnica muy utilizada en el desarrollo de videojuegos.

Los mapas de normales y los mapas de relieve son técnicas parecidas que sirven para añadir detalles superficiales a los modelos en 3D. Se diferencian en la forma en que representan y manipulan la normal de la superficie. A continuación, te contamos todo lo que debes saber sobre sus diferencias.

Los mapas de relieve también reciben los nombres de “mapas de altura” o “mapas de desplazamiento”. Almacenan información sobre la altura que representa variaciones en una superficie. Utilizan imágenes en escala de grises donde los valores más claros u oscuros indican las áreas más elevadas o más bajas de la superficie, respectivamente. Los mapas de relieve modifican las características geométricas de un modelo al renderizarlo, lo que perturba la normal de la superficie a partir de estos valores en escala de grises. Por lo tanto, aunque esta técnica genera la ilusión de detalle en la superficie cuando la luz interactúa con el modelo durante el renderizado, los mapas de relieve no almacenan en absoluto la normal de la superficie, solo la información sobre la altura.

Los mapas de normales almacenan información explícita de la normal de la superficie mediante imágenes en RGB donde cada canal cromático representa los componentes X, Y y Z del vector normal de la superficie en cada téxel. Los mapas de normales captan mucha más información sobre la orientación de una superficie. Los mapas de normales no afectan a las características geométricas del modelo propiamente dichas, pero aun así, sí que modifican la forma en la que la luz interactúa a su alrededor.

En comparación con los mapas de relieve, los mapas de normales proporcionan la máxima exactitud en los resultados, al captar detalles de la superficie que van más allá de las meras variaciones de altura.

En resumen, el mapeado de normales ofrece varias ventajas y unos cuantos posibles inconvenientes. Estos son algunos de los pros y los contras del mapeado de normales que hay que tener en cuenta:

1. Detalles realistas en la superficie: el mapeado de normales permite añadir detalles superficiales intrincados sin aumentar la complejidad geométrica.

2. Eficiencia: el mapeado de normales es una técnica eficiente desde el punto de vista del consumo de recursos informáticos, sobre todo en comparación con el incremento de la cantidad de polígonos de los modelos para lograr superficies detalladas.

3. Reducción de requisitos de memoria: los mapas de normales almacenan información en un formato de textura, que normalmente ocupa menos memoria que el almacenamiento de información geométrica.

4. Reusabilidad: los mapas de normales se pueden aplicar fácilmente a modelos distintos, lo que permite que artistas y profesionales del desarrollo los puedan reutilizar en varios activos. De este modo, se ahorra tiempo y esfuerzo, y se reduce el tamaño final de un producto.

5. Efectos de iluminación interactivos: el mapeado de normales mejora la interacción de la luz con un modelo, permite efectos de iluminación en 3D dinámicos como, por ejemplo, reflejos especulares, variaciones de sombreado y una mayor exactitud en los reflejos.

1. Alteración por escasez de datos geométricos: los mapas de normales solo afectan a la apariencia de los detalles de las superficies y no pueden modificar las características geométricas. De normal, la ilusión que crean puede ser útil, aunque a veces puede ser necesario recurrir a otras técnicas cuando hay que modificar las características geométricas propiamente dichas.

2. Creación y modificación: crear mapas de normales de gran calidad puede ser difícil y requiere unos conocimientos y un software especializados. Editar mapas de normales puede ser complicado debido al carácter intrincado de los datos que lo componen.

3. Limitaciones de espacio textural: los mapas de normales requieren más espacio textural, ya que se suelen almacenar como imágenes en RGB, lo cual puede afectar al uso global de la memoria y podría obligar a optimizarla cuidadosamente en algunos casos.

4. Limitaciones de espacio tangente: los mapas de normales se suelen definir en espacio tangente, lo que significa que dependen de la orientación del modelo y las coordenadas UV. En ocasiones, esta circunstancia puede ocasionar artefactos visuales si se aplica el mismo mapa de normales a modelos con disposiciones UV u orientaciones distintas.

A pesar de presentar algunas limitaciones, los mapas de normales son la técnica más eficaz para mejorar la calidad visual y el realismo de los modelos en 3D en tiempo real. El mapeado de normales ofrece un equilibrio saludable entre rendimiento y fidelidad visual, lo que lo convierte en una herramienta de valor incalculable para renderizar y texturizar en 3D.

Aunque nunca es un mal momento para usar el mapeado de normales, hay ocasiones en las que a un/a artista puede interesarle dejar a un lado los mapas y esculpir pequeños detalles directamente en la geometría de un modelo. Esta tarea resulta especialmente fácil cuando se utiliza software de escultura en 3D como Substance 3D Modeler. En cambio, cuando el modelo se tiene que renderizar en tiempo real, los mapas de normales son necesarios para reducir la cantidad de polígonos de una escena a la mínima expresión al tiempo que se mantiene una alta fidelidad visual.

Recuerda: Al igual que sucede con todos los aspectos del 3D, la práctica es la clave para dominar las técnicas de mapeado de normales. No dudes en experimentar con otro software. Añade mapas de normales a tus propios modelos y observa los efectos visuales y su comportamiento. Pronto aprenderás a lograr resultados impresionantes al tiempo que ahorras memoria del ordenador e incluso tiempo de creación en el proceso.