Современная терминология 3D графики - Procedural Textures (Процедурные Текстуры)

 

Bump Mapping/Specular Bump Mapping

Бампмаппинг - это техника симуляции неровностей (или моделирования микрорельефа, как больше нравится) на плоской поверхности без больших вычислительных затрат и изменения геометрии. Для каждого пикселя поверхности выполняется вычисление освещения, исходя из значений в специальной карте высот, называемой bumpmap. Это обычно 8-битная черно-белая текстура и значения цвета текстуры не накладываются как обычные текстуры, а используются для описания неровности поверхности. Цвет каждого текселя определяет высоту соответствующей точки рельефа, большие значения означают большую высоту над исходной поверхностью, а меньшие, соответственно, меньшую. Или наоборот.

Степень освещенности точки зависит от угла падения лучей света. Чем меньше угол между нормалью и лучом света, тем больше освещенность точки поверхности. То есть, если взять ровную поверхность, то нормали в каждой ее точке будут одинаковыми и освещенность также будет одинаковой. А если поверхность неровная (собственно, практически все поверхности в реальности), то нормали в каждой точке будут разными. И освещенность разная, в одной точке она будет больше, в другой - меньше. Отсюда и принцип бампмаппинга - для моделирования неровностей для разных точек полигона задаются нормали к поверхности, которые учитываются при вычислении попиксельного освещения. В результате получается более натуральное изображение поверхности, бампмаппинг дает поверхности большую детализацию, такую, как неровности на кирпиче, поры на коже и т.п., без увеличения геометрической сложности модели, так как расчеты ведутся на пиксельном уровне. Причем, при изменении положения источника света освещение этих неровностей правильно изменяется.

Конечно, вершинное освещение намного проще вычислительно, но слишком нереалистично оно выглядит, особенно при сравнительно малополигональной геометрии, интерполяция цвета для каждого пикселя не может воспроизвести значения, большие, чем рассчитанные значения для вершин. То есть, пиксели в середине треугольника не могут быть ярче, чем фрагменты возле вершины. Следовательно, области с резким изменением освещения, такие как блики и источники света, очень близко расположенные к поверхности, будут физически неправильно отображаться, и особенно это будет заметно в динамике. Конечно, частично проблема решаема увеличением геометрической сложности модели, ее разбиением на большее количество вершин и треугольников, но оптимальным вариантом будет попиксельное освещение.

Для продолжения необходимо напомнить о составляющих освещения. Цвет точки поверхности рассчитывается как сумма ambient, diffuse и specular составляющих от всех источников света в сцене (в идеале от всех, зачастую многими пренебрегают). Вклад в это значение от каждого источника света зависит от расстояния между источником света и точкой на поверхности.

Составляющие освещения:

Lighting А теперь добавим к этому бампмаппинг:

Bumpmapping

Равномерная (ambient) составляющая освещения - аппроксимация глобального освещения, "начальное" освещение для каждой точки сцены, при котором все точки освещаются одинаково и освещенность не зависит от других факторов.
Диффузная (diffuse) составляющая освещения зависит от положения источника освещения и от нормали поверхности. Эта составляющая освещения разная для каждой вершины объекта, что придает им объем. Свет уже не заполняет поверхность одинаковым оттенком.
Бликовая (specular) составляющая освещения проявляется в бликах отражения лучей света от поверхности. Для ее расчета, помимо вектора положения источника света и нормали, используются еще два вектора: вектор направления взгляда и вектор отражения. Specular модель освещения впервые предложил Фонг (Phong Bui-Tong). Эти блики существенно увеличивают реалистичность изображения, ведь редкие реальные поверхности не отражают свет, поэтому specular составляющая очень важна. Особенно в движении, потому что по бликам сразу видно изменение положения камеры или самого объекта. В дальнейшем, исследователи придумывали иные способы вычисления этой составляющей, более сложные (Blinn, Cook-Torrance, Ward), учитывающие распределение энергии света, его поглощение материалами и рассеивания в виде диффузной составляющей.

Итак, Specular Bump Mapping получается таким образом:

Bumpmapping

И посмотрим то же самое на примере игры, Call of Duty 2:

Call of Duty 2
Первый фрагмент картинки - рендеринг без бампмаппинга (нормалмаппинга) вообще, второй (справа-сверху) - бампмаппинг без бликовой составляющей, третий - с бликовой составляющей нормальной величины, какая используется в игре, и последний, справа-снизу - с максимально возможным значением specular составляющей.

Что касается первого аппаратного применения, то некоторые виды бампмаппинга (Emboss Bump Mapping) стали использовать еще во времена видеокарт на базе чипов NVIDIA Riva TNT, однако техники того времени были крайне примитивны и широкого применения не получили. Следующим известным типом стал Environment Mapped Bump Mapping (EMBM), но аппаратной его поддержкой в DirectX в то время обладали только видеокарты Matrox, и опять применение было сильно ограничено. Затем появился Dot3 Bump Mapping и видеочипы того времени (GeForce 256 и GeForce 2) требовали три прохода для того, чтобы полностью выполнить такой математический алгоритм, так как они ограничены двумя одновременно используемыми текстурами. Начиная с NV20 (GeForce3), появилась возможность делать то же самое за один проход при помощи пиксельных шейдеров. Дальше - больше. Стали применять более эффективные техники, такие как Normal Mapping.

Примеры применения бампмаппинга в играх:

Evolva   RSC






DVD Russian VJ's Vol 2

russian vj Человек не может жить без музыки. И в то же время музыка становится только началом некой цепочки, к которой тянутся люди в свободные часы и во время самых радостных праздников.

Музыка рождает танец, движение вслед за мелодией, вместе с ритмом, способное надолго придать отличное настроение эмоциональный подъем.

Есть и другое направление – к музыке добавляется изображение, уже чужое движение, за которым человек следит, сопереживая.

подробнее

DVD Russian VJ's vol 1

russian vj  Вы когда-нибудь задумывались о том, что за странные и, в то же время завораживающие, картинки двигаются на экранах в клубе на уютной вечеринке или на многотысячном фестивале, на краю земли?

Откуда берутся эти фрагменты? Почему очень сложно описать словами то, что находится перед глазами всю ночь?

Кто следит за тем, чтобы ваши глаза впитывали музыку с экранов?

подробнее

Яндекс.Метрика Copyright by www.Malbred.com 2005