Kabartma eşleme - Bump mapping

Çıkıntı eşlemesi olmayan bir küre (solda). Küreye (orta) uygulanacak kabartma eşlem. Kabartma eşleminin uygulandığı kürenin (sağda) bir alacalı yüzeye sahip olduğu görülüyor. turuncu. Çıkıntı haritaları, yüzeyin boyutunu veya şeklini değiştirmeden aydınlatılmış bir yüzeyin ışığa nasıl tepki vereceğini değiştirerek bu etkiye ulaşır.

Kabartma eşleme[1] bir doku eşleme teknik bilgisayar grafikleri bir nesnenin yüzeyindeki tümsek ve kırışıklıkları simüle etmek için. Bu, yüzey normalleri ışık hesaplamaları sırasında nesnenin ve pertürbed normalin kullanılması. Sonuç, alttaki nesnenin yüzeyi değişmemiş olmasına rağmen, pürüzsüz bir yüzeyden ziyade görünüşte engebeli bir yüzeydir. Kabartma eşleme, James Blinn 1978'de.[2]

Normal haritalama kullanılan çarpma eşlemesinin en yaygın varyasyonudur.[3]

Çarpma eşleme temelleri

Kabartma eşleme, alttaki nesnenin şeklini değiştirmemesi açısından sınırlıdır. Solda, bir çarpma haritasını tanımlayan matematiksel bir fonksiyon, bir küre üzerinde ufalanan bir yüzeyi simüle ediyor, ancak nesnenin anahatları ve gölgesi, mükemmel bir küreninki olarak kalıyor. Sağda, aynı işlev, bir kürenin yüzeyini bir eş yüzey. Bu, engebeli bir yüzeye sahip bir küreyi modelleyerek hem anahattının hem de gölgesinin gerçekçi bir şekilde işlenmesini sağlar.

Çıkıntı eşleme, bir tekniktir bilgisayar grafikleri yapmak render Yüzeyin küçük yer değiştirmelerini simüle ederek yüzey daha gerçekçi görünür. Ancak, aksine deplasman haritalama yüzey geometrisi değiştirilmez. Bunun yerine sadece yüzey normali değiştirilir sanki yüzey yer değiştirmişti. Değiştirilen yüzey normali daha sonra aydınlatma hesaplamaları için kullanılır (örneğin, Phong yansıma modeli ) pürüzsüz bir yüzey yerine detay görünümü verir.

Bump eşleme çok daha hızlıdır ve yer değiştirme eşlemesine kıyasla aynı ayrıntı düzeyi için daha az kaynak tüketir çünkü geometri değişmeden kalır.

Derinlik hissini artırmanın yanı sıra diğer yüzey özelliklerini değiştiren uzantılar da vardır.[açıklama gerekli ] Paralaks haritalama böyle bir uzantıdır.

Tümsek haritalamayla ilgili birincil sınırlama, alttaki yüzeyin kendisini değiştirmeden yalnızca yüzey normallerini bozmasıdır.[4] Siluetler ve gölgeler bu nedenle etkilenmeden kalır ve bu özellikle daha büyük simüle edilmiş yer değiştirmelerde fark edilir. Bu sınırlama aşağıdaki tekniklerle aşılabilir: deplasman haritalama yüzeye çarpmaların uygulandığı veya bir eş yüzey.

Yöntemler

Kabartma eşleme gerçekleştirmek için iki ana yöntem vardır. İlki bir yükseklik haritası değiştirilmiş normali veren yüzey deplasmanını simüle etmek için. Blinn tarafından icat edilen yöntem budur[2] ve genellikle belirtilmedikçe kabartma eşleme olarak anılan şeydir. Bu yöntemin adımları aşağıdaki şekilde özetlenmiştir.

Görünen her nokta için bir aydınlatma hesaplaması yapılmadan önce (veya piksel ) nesnenin yüzeyinde:

  1. Yüksekliğe bak yükseklik haritası bu, yüzeydeki konuma karşılık gelir.
  2. Yükseklik haritasının yüzey normalini, genellikle şunu kullanarak hesaplayın: Sonlu fark yöntem.
  3. İkinci adımdaki normal yüzey ile gerçek ("geometrik") yüzey normalini birleştirin, böylece birleştirilmiş normal yeni bir yönü gösterir.
  4. Yeni "engebeli" yüzeyin sahnedeki ışıklarla etkileşimini, örneğin, Phong yansıma modeli.

Sonuç, gerçek derinliğe sahip görünen bir yüzeydir. Algoritma ayrıca sahnedeki ışıklar hareket ettirildikçe yüzey görünümünün değişmesini sağlar.

Diğer yöntem, bir normal harita doğrudan yüzeydeki her nokta için değiştirilmiş normal içerir. Normal bir yükseklik haritasından türetilmek yerine doğrudan belirtildiğinden, bu yöntem genellikle daha öngörülebilir sonuçlara yol açar. Bu, sanatçıların birlikte çalışmasını kolaylaştırarak günümüzün en yaygın çarpma haritalama yöntemi olmasını sağlar.[3]

Gerçek zamanlı çarpma eşleme teknikleri

Gerçek zamanlı sahte kabartma eşleme örneği.
Soldan:
  1. yüzey bitmap, kasıtlı olarak bulanık,
  2. ışık bitmap kaynağı,
  3. ışık kaynağı yörüngesinde çarpma haritalama efekti Yörünge.

Gerçek zamanlı 3B grafikler programcılar daha düşük hesaplama maliyetiyle çarpma eşlemeyi simüle etmek için genellikle tekniğin varyasyonlarını kullanır.

Tipik bir yol, yükseklik haritası yüzeyinin neredeyse doğrudan normal kullanımına izin veren sabit bir geometri kullanmaktı. Önceden hesaplanmış bir arama tablosu aydınlatma hesaplamaları için yöntem çok basit ve hızlı bir döngü ile uygulanabilir ve tam ekran etkisine izin verir. Bu yöntem yaygındı görsel efekt çarpma eşleme ilk kez sunulduğunda.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ "Tümsek ve Çevre Haritalama" (PDF). ics.uci.edu.
  2. ^ a b Blinn, James F. "Kırışık Yüzeylerin Simülasyonu", Computer Graphics, Cilt. 12 (3), sayfa 286-292 SIGGRAPH -ACM (Ağustos 1978)
  3. ^ a b Mikkelsen, Morten (2008). "Kırışık Yüzeylerin Simülasyonu Yeniden Ziyaret Edildi" (PDF). s. 7 (Bölüm 2.2). Arşivlendi (PDF) 2019-05-26 tarihinde orjinalinden. Alındı 2011-08-05.
  4. ^ Gerçek Zamanlı Bump Haritası Sentezi, Jan Kautz1, Wolfgang Heidrichy2 ve Hans-Peter Seidel1, (1Max-Planck-Institut für Informatik, 2İngiliz Kolombiya Üniversitesi)

Dış bağlantılar