מהו מיפוי נורמל?

במידול תלת-ממדי, משטחים מיוצגים במצולעים. חישובי תאורה מבוצעים על סמך הגיאומטריה של המצולעים האלו באותו האופן שבו אומן משתמש בטכניקות הצללה כדי לדמות מראה תלת-ממדי. גישה זו פועלת טוב מאוד, אולם, היא עלולה להיות כבדה מבחינה חישובית ולהגביל את רמת הפירוט הכוללת שניתן להשיג. מיפוי נורמל מספק פתרון מעולה וקל משקל לשינוי האופן שבו אור מקיים אינטראקציה עם משטח בלי לשנות את המבנה הגיאומטרי הבסיסי.

מפות נורמל מאחסנות מידע לגבי משטח בצורת תמונת מרקם. באמצעות קידוד הנורמל של משטח במרקם, מפות נורמל יכולות לדמות את המראה של פרטי משטח כמו בליטות, שריטות, קמטים ועוד, בלי להוסיף מורכבות לגיאומטריה הבסיסית.

מפות נורמל מחושבות במהלך הרינדור באמצעות שימוש בנורמל של המשטח לאחר השינוי מתוך מפת הנורמל. מכיוון שהחישובים האלו פחות כבדים מבחינה חישובית, ניתן להגיע לרמות פירוט גבוהות, אפילו בזמן אמת, יתרון שהופך את מפות הנורמל לטכניקה פופולרית שבה משתמשים מפתחי משחקי וידאו.

מפות נורמל ומפות Bump Map הן טכניקות דומות המשמשות להוספת פרטים לפני השטח בדגמים תלת-ממדיים. ההבדל ביניהן נעוץ באופן שבו הן מייצגות את הנורמל של פני השטח ומבצעות בו מניפולציות. הנה כל מה שאתם צריכים לדעת על ההבדלים ביניהן.

מפות Bump Map מכונות לעיתים גם מפות גובה או מפות עקירה. הן מאחסנות נתוני גובה שמייצגים שינויים בפני השטח. הן משתמשות בתמונות בגוני אפור שבהן ערכים בהירים או כהים יותר מצביעים על אזורים גבוהים או נמוכים יותר בפני השטח. מפות Bump Map משנות את הגיאומטריה של דגם בעת העיבוד באמצעות שיבוש הנורמל של פני השטח על סמך ערכי גוני האפור האלו. אז, אף על פי שטכניקות אלה יוצרות את האשליה של פרטים על פני השטח כאשר התאורה מקיימת אינטראקציה עם הדגם במהלך העיבוד, מפות Bump Map לא מאחסנות נתונים כלשהם על הנורמל של פני השטח, רק נתוני גובה.

מפות נורמל מאחסנות נתונים ספציפיים על הנורמל של פני השטח באמצעות תמונות RGB, שבהן כל ערוץ צבעים מייצג את מרכיבי ה-X, ה-Y וה-Z של וקטור הנורמל של פני השטח בכל אלמנט מרקם. מפות נורמל מתעדות מידע רב יותר בנוגע לכיוון של פני שטח כלשהם. מפות נורמל לא משפיעות על הגיאומטריה של הדגם עצמו, אבל עדיין משנות את האינטראקציה של האור סביבו.

בהשוואה למפות Bump Map, מפות נורמל מספקות את התוצאות המדויקות ביותר, תוך תיעוד פרטים של פני השטח מעבר לשינויי גובה בלבד.

לסיכום, מיפוי נורמל מציע מספר יתרונות וכמה חסרונות אפשריים. הנה כמה מהיתרונות והחסרונות של מיפוי נורמל שיש להביא בחשבון:

1. פרטים ריאליסטיים של פני השטח: מיפוי נורמל מאפשר להוסיף פירוט מורכב של פני השטח בלי להגדיל את המורכבות הגיאומטרית.

2. יעילות: מיפוי נורמל הוא שיטה יעילה מבחינה חישובית, במיוחד בהשוואה להגדלת ספירת המצולעים להשגת פירוט בפני השטח.

3. צמצום דרישות הזיכרון: מפות נורמל מאחסנות מידע בתבנית מרקם, אשר בדרך כלל משתמשת בפחות זיכרון בהשוואה לאחסון נתונים גיאומטריים.

4. יכולת שימוש חוזר: אפשר להחיל מפות נורמל על דגמים שונים בקלות, דבר המאפשר לאומנים ולמפתחים להשתמש בהן בקלות בנכסים מרובים. כך הם יכולים לחסוך זמן ומאמץ ולצמצם את גודלו הסופי של המוצר.

5. אפקטים אינטראקטיביים של תאורה: מיפוי נורמל משפר את האינטראקציה של אור עם דגם, באופן שמאפשר אפקטים דינמיים של תאורה תלת-ממדית, כמו הדגשים עם אפקט מראה, שינויי הצללה והשתקפויות מדויקות יותר.

1. שינוי מוגבל בגיאומטריה: מפות נורמל משפיעות רק על המראה של פרטי השטח ולא יכולות לשנות את הגיאומטריה. האשליה שהן יוצרות יכולה להיות שימושית לעיתים קרובות, אף על פי שלעיתים ייתכן שיידרשו טכניקות אחרות כאשר יהיה צורך בביצוע שינוי בפועל של הגיאומטריה.

2. יצירה ועריכה: היצירה של מפות נורמל באיכות גבוהה עלולה להיות קשה ודורשת תוכנות וידע ספציפיים. עריכת מפות נורמל עלולה להיות קשה עקב טבעם המורכב של הנתונים.

3. מגבלות מקום מרקם: מפות נורמל דורשות מקום נוסף למרקם מכיוון שהן בדרך כלל נשמרות כתמונות RGB. צורך זה עלול להשפיע על השימוש הכולל בזיכרון ועלול לדרוש מיטוב זהיר במקרים מסוימים.

4. מגבלות מרחב משיק: מפות נורמל בדרך כלל מוגדרות במרחב משיק, כלומר, הן תלויות בכיוון של דגם ובקואורדינטות ה-UV שלו. דבר זה עלול לעיתים ליצור פריטים חזותיים בעת החלת אותה מפת נורמל על דגמים עם פריסות UV או כיוונים שונים.

על אף המגבלות המסוימות הקיימות, מפות נורמל הן השיטה היעילה ביותר לשיפור האיכות החזותית והריאליזם של דגמים בזמן אמת. מיפוי נורמל מציע איזון בריא בין ביצועים לנאמנות חזותית, מאפיין שהופך אותו לכלי יקר ערך עבור יצירת מרקמים ועיבוד תלת-ממדיים.

אף על פי שהשימוש במיפוי נורמל הוא אף פעם לא רעיון רע, יש מקרים שבהם אומן יעדיף לוותר על השימוש במפות ולבחור בפיסול של הפרטים הקטנים ישירות המבנה הגיאומטרי של הדגם. זה קל במיוחד בעת שימוש בתוכנות פיסול תלת-ממדיות כמו Substance 3D Modeler. מצד שני, כאשר יש צורך בעיבוד בזמן אמת, מפות נורמל הן הכרחיות לשם שמירה על ספירת מצולעים נמוכה בסצנה תוך שמירה על רמה גבוהה של נאמנות חזותית.

זכרו, כמו כל ההיבטים הקשורים לתלת-ממד, תרגול הוא מרכיב חיוני בהשגת שליטה בטכניקות מיפוי נורמל. אל תהססו להתנסות עם תוכנות שונות. הוסיפו מפות נורמל לדגמים שלכם וצפו באפקטים החזותיים ובהתנהגותם. אתם תלמדו במהירות איך להשיג תוצאות מדהימות תוך חיסכון בניצול זיכרון המחשב ואפילו בזמן היצירה בתהליך.