O que é mapeamento de normais?

Na modelagem 3D, as superfícies são representadas por polígonos. Os cálculos de iluminação são efetuados com base na geometria desses polígonos, da mesma maneira que um artista empregaria técnicas de sombreamento para simular três dimensões. Embora eficaz, essa abordagem pode exigir muitos recursos computacionais, o que limita o nível geral de detalhamento possível. O mapeamento de normais oferece uma solução excelente e leve, alterando a forma como a luz interage com uma superfície sem modificar a geometria subjacente.

Os mapas de normais armazenam informações sobre uma superfície na forma de uma imagem de textura. Por meio da codificação da normal da superfície em uma textura, os mapas de normais podem reproduzir visualmente detalhes da superfície, como saliências, arranhões, rugas e outros aspectos, sem aumentar a complexidade da geometria subjacente.

Durante a renderização, os mapas de normais são calculados usando a normal da superfície modificada do mapa de normais. Devido à sua menor demanda computacional, é possível alcançar altos níveis de detalhe com os cálculos de mapas de normais, inclusive em tempo real, o que torna essa técnica popular entre desenvolvedores de videogames.

O mapeamento de normais e o mapeamento de relevo são estratégias semelhantes para adicionar detalhes de superfície a modelos 3D. As diferenças estão na forma como representam e manipulam a normal da superfície. Veja tudo o que você precisa saber sobre as diferenças.

Mapeamento de relevo também pode ser chamado de mapa de altura ou mapa de deslocamento. Ele armazena informações de altitude que traduzem as variações em uma superfície. Usa imagens em tons de cinza, nas quais tonalidades claras ou escuras indicam regiões elevadas ou baixas da superfície. Durante a renderização, o mapeamento de relevo altera a geometria do modelo, ajustando a normal da superfície conforme os valores em tons de cinza. Embora crie a ilusão de detalhes da superfície durante a renderização, o mapeamento de relevo não armazena normais da superfície, apenas informações de altura.

Os mapas de normais armazenam informações das normais de superfície explícitas usando imagens RGB, em que cada canal de cor representa os componentes X, Y e Z do vetor normal da superfície em cada texel. Os mapas de normais conseguem capturar uma quantidade bem maior de informações sobre a orientação de uma superfície. Embora os mapas de normais não alterem diretamente a geometria do modelo, eles influenciam a interação da luz ao seu redor.

Em comparação com os mapas de relevo, os mapas de normais oferecem resultados mais precisos, pois capturam detalhes da superfície que vão além das simples variações de altura.

Para recapitular, o mapeamento de normais tem vantagens e desvantagens. Veja alguns prós e contras do mapeamento de normais a serem considerados:

1. Detalhes de superfície realistas: o mapeamento de normais adiciona detalhes de superfície sem aumentar a complexidade geométrica.

2. Eficiência: o mapeamento de normais é uma técnica eficiente, especialmente em comparação ao aumento da contagem de polígonos para adicionar detalhes de superfície.

3. Redução da necessidade de memória: mapas de normais armazenam informações em formato de textura, que geralmente utiliza menos memória em comparação ao armazenamento de informações geométricas.

4. Reutilização: os mapas de normais podem ser facilmente aplicados a diferentes modelos, permitindo que artistas e desenvolvedores os reutilizem em vários ativos. Isso economiza tempo e esforço, e reduz o tamanho final de um produto.

5. Efeitos de iluminação interativos: o mapeamento de normais aprimora a interação da luz com o modelo, permitindo efeitos de iluminação 3D dinâmica, como realces especulares, variações de sombreamento e reflexos mais precisos.

1. Alteração limitada da geometria: os mapas de normais afetam apenas a aparência dos detalhes da superfície e não modificam a geometria. A ilusão criada pode ser útil, embora outras técnicas possam ser necessárias quando é preciso fazer uma alteração real da geometria.

2. Criação e edição: criar mapas de normais de alta qualidade pode ser difícil e requer conhecimento e software especializados. Devido à natureza complexa dos dados, a edição de mapas de normais pode ser difícil.

3. Limitações de espaço de textura: mapas de normais precisam de espaço de textura adicional, pois normalmente são armazenados como imagens RGB. Isso pode afetar o uso geral da memória e, em alguns casos, exigir uma otimização cuidadosa.

4. Limitações do espaço tangente: os mapas de normais geralmente são definidos no espaço tangente, o que significa que dependem da orientação de um modelo e das coordenadas UV. Em algumas situações, isso pode resultar em artefatos visuais ao aplicar o mesmo mapa de normais a modelos com layouts ou orientações UV diferentes.

Apesar de algumas limitações, os mapas de normais são a técnica mais eficaz para melhorar a qualidade visual e o realismo dos modelos 3D em tempo real. O mapeamento de normais oferece um equilíbrio saudável entre desempenho e fidelidade visual, tornando-o uma ferramenta inestimável para texturização 3D e renderização.

Embora seja uma boa ideia usar o mapeamento de normais, há momentos em que o artista pode preferir esculpir os detalhes finos diretamente na geometria do modelo. Essa tarefa é muito mais fácil com softwares de escultura 3D, como o Substance 3D Modeler. Porém, em cenários que demandam renderização em tempo real, os mapas de normais são indispensáveis para manter baixas contagens de polígonos na cena, garantindo alta fidelidade visual.

Lembre-se: como todos os aspectos do 3D, a prática é essencial para dominar as técnicas de mapeamento de normais. Não tenha medo de testar outros softwares. Adicione mapas de normais aos seus próprios modelos e observe os efeitos visuais, bem como seu comportamento. Em pouco tempo, você dominará a habilidade de alcançar resultados impressionantes, otimizando a memória do computador e reduzindo o tempo de criação.