I 3D-datagrafikk er det ikke nødvendig at hver eneste detalj i en 3D-modell modelleres eller skulptureres i objektets geometri, takket være normaltilordning. Denne teknikken brukes til å lage illusoriske overflatedetaljer for å forbedre realismen til digitale objekter uten å øke den geometriske kompleksiteten.
I 3D-modellering er overflater representert av polygoner. Lysberegninger utføres basert på geometrien til disse polygonene på samme måte som en kunstner bruker skyggeteknikker for å etterligne tre dimensjoner. Denne tilnærmingen fungerer veldig bra, men kan være beregningskrevende, noe som begrenser det generelle detaljnivået som er mulig. Normaltilordning er en god og lett løsning som endrer måten lys samhandler med en overflate på, uten å endre den underliggende geometrien.
Normalkart lagrer informasjon om en overflate i form av et teksturbilde. Ved å kode overflatenormalen i en tekstur kan normalkart simulere utseendet til overflatedetaljene, blant annet humper, riper og rynker, uten å tilføre kompleksitet i geometrien under.
Normalkart beregnes under gjengivelse ved å bruke den modifiserte overflatenormalen fra normalkartet. Disse beregningene er mindre beregningsintensive, og derfor er det mulig å oppnå høye detaljnivåer selv i sanntid, noe som gjør normalkart til en populær teknikk som brukes av videospillutviklere.
Generelt sett er normaltilordning en allsidig teknikk som bør brukes av alle 3D-kunstnere og -designere for å øke hastigheten og forbedre arbeidsflyten.
Du vil se bruk av normaltilordning ikke bare i scenarioer der det er ekstremt viktig å takle maskinvarebegrensninger, for eksempel i videospill som krever at scener gjengis i sanntid for spilleren, men også i dataanimerte filmer, arkitekturvisualiseringer og produktdesign.
Normaltilordning påvirker ikke fargeleggingen av et objekt, så du vil se at det brukes oftest i tilfeller der overflaten til et objekt ikke er helt flat eller jevn. Dette betyr vel egentlig at nesten alle 3D-modeller kan dra nytte av et normalkart for å øke realismen, med alt fra slitt skinn og ujevne trefibre til menneskehud og tekstiler.
Det finnes flere uunnværlige verktøy og programmer som ofte brukes til normaltilordning. Her er noen av dem:
1. Programvare for 3D-modellering: Verktøy som blant annet Blender, Maya, ZBrush og Substance 3D Modeler, brukes til å lage modellene som skal brukes til normaltilordning. Det finnes mange gode programvareløsninger som alle har sine egne tilnærminger til modellering og utforming.
2. Programvare for teksturmaling: Programvare som for eksempel Substance 3D Painter eller til og med Adobe Photoshop kan brukes til å lage og redigere teksturkart, blant annet normalkart.
3. Normalkartgeneratorer: Programvare for generering av normalkart hjelper deg med å lage normalkart fra geometri- eller teksturinformasjon med høy oppløsning. Verktøy som blant annet xNormal, CrazyBump og Substance 3D Designer kan generere normalkart basert på ulike inndata.
4. Spillmotorer: Spillmotorer som blant annet Unreal Engine og Unity har innebygd støtte for normaltilordning. Disse motorene tilbyr verktøy og gjengivelsesfunksjoner som trengs for å dra nytte av normalkart. De er like gode til oppretting av gjengivelser som de er til utvikling av spillopplevelser.
5. Programmeringsspråk for skyggelegging: En forståelse av programmeringsspråk for skyggelegging, for eksempel HLSL (High-Level Shading Language) eller GLSL (OpenGL Shading Language), kan være nyttig kan være nyttig for å opprette tilpassede skyggeleggingsverktøy som bruker normaltilordning. Disse språkene gir utviklerne mulighet til å definere hvordan lyset skal samhandle med normalkart og andre teksturkart for å oppnå flotte visuelle effekter.
Denne listen er kanskje ikke uttømmende, men den gir innholdsskapere et godt utgangspunkt for å danne seg en grunnleggende forståelse av normaltilordning og hvordan denne implementeres i sanntidsbaserte gjengivelsesmiljøer.
Bilder av Playground Games.
Normalkart lagrer eksplisitt informasjon om overflatenormalen ved hjelp av RGB-bilder der hver fargekanal representerer X-, Y- og Z-komponentene til overflatenormalvektoren ved hvert teksturelement. Normalkart fanger opp mye mer informasjon om orienteringen til en overflate. Normalkart påvirker ikke geometrien til selve modellen, men endrer likevel hvordan lyset samhandler rundt den.
Sammenlignet med bump-kart gir normalkart de mest nøyaktige resultatene og fanger opp overflatedetaljer utover kun høydevariasjoner.
1. Realistiske overflatedetaljer: Normaltilordning gjør det mulig å legge til intrikate overflatedetaljer uten å øke den geometriske kompleksiteten.
2. Effektivitet: Normaltilordning er en beregningseffektiv teknikk, spesielt sammenlignet med å øke polygonantallet i modeller for å oppnå overflatedetaljer.
3. Redusert minnebehov: Normalkart lagrer informasjon i et teksturformat, noe som betyr redusert minnebruk sammenlignet med lagring av geometriinformasjon.
4. Gjenbrukbarhet: Normalkart kan enkelt brukes på ulike modeller, slik at kunstnere og utviklere kan gjenbruke dem på tvers av flere ressurser. Dette betyr spart tid og sparte krefter og en mindre størrelse på det ferdige produktet.
5. Interaktive lyseffekter: Normaltilordning forbedrer samspillet mellom lys og en modell og gir mulighet for dynamisk 3D-belysning med blant annet speilende høylys, skyggevarianter og mer nøyaktige refleksjoner.
1. Begrenset geometriendring: Normalkart påvirker kun utseendet til overflatedetaljer og kan ikke endre geometrien. Illusjonen de skaper kan ofte være nyttig, men noen ganger kan andre teknikker være nødvendig når en faktisk endring av geometrien er nødvendig.
2. Oppretting og redigering: Det kan være vanskelig å lage normalkart av høy kvalitet, og det kan kreve spesialisert kunnskap og programvare. Redigering av normalkart kan være vanskelig på grunn av dataenes intrikate natur.
3. Plassbegrensninger for tekstur: Normalkart krever ekstra teksturplass siden de vanligvis lagres som RGB-bilder. Dette kan påvirke den generelle minnebruken og kreve nøye optimalisering i enkelte tilfeller.
4. Begrensninger for tangentrom: Normalkart er vanligvis definert i tangentrom, noe som betyr at de er avhengige av modellens orientering og UV-koordinater. Dette kan noen ganger forårsake visuelle artefakter når det samme normalkartet brukes på modeller med ulike UV-layouter eller orienteringer.
Til tross for enkelte begrensninger er normalkart den mest effektive teknikken når du vil forbedre den visuelle kvaliteten og realismen til 3D-modeller i sanntid. Normaltilordning sørger for en god balanse mellom ytelse og visuell kvalitet, noe som gjør det til et uvurderlig verktøy innen 3D-teksturering og gjengivelse.
Normalkart lages ved å bruke et RGB-bilde (rødt, grønt og blått), der hver fargekanal i bildet representerer X-, Y- og Z-komponenten til overflatenormalen ved hvert teksturelement på kartet. Dette betyr at et normalkart har tre kanaler, og hver av dem inneholder positive eller negative verdier.
Alle de tre kanalene brukes sammen for å gi eksplisitte orienteringsdata for hvert teksturelement, og dette brukes under gjengivelse for å forbedre lys- og skyggeeffektene på 3D-modellen.
Innen datagrafikk viser "normal" til en vektor som er vinkelrett (eller "normal") på en overflate på et bestemt punkt. Derfor omtaler vi vanlige kart som "normalkart", fordi de lagrer informasjon om en 3D-modells overflatenormaler.
Ved å bruke et normalkart under gjengivelsen blir overflatenormalene til 3D-modellen modifisert basert på informasjonen som er lagret i kartet. Dette resulterer i lys- og skyggeeffekter som skaper en illusjon av intrikate overflatedetaljer.
