Normal haritalama gerçekten nasıl çalışır?

Normal harita kavramını anlamaya çalışıyorum, ancak birkaç şeyle kafam karıştı. Kısacası, normal bir haritanın bakış açısına bağlı olup olmadığından emin değilim (yani etrafında döndüğünüzde aynı nesnenin farklı bir normal haritasını alıp alamayacağınız). İkincisi, normal haritalarda mavimsi rengin neden baskın renk olduğunu anlamıyorum .

Normalleri ve RGB renklerle ilişkilerini nasıl düşündüğüm aşağıdaki gibidir. Birim küre mümkün olan herhangi bir birimi temsil eder - diğer bir deyişle, birim normal vektörün X, Y ve Z bileşenleri -1 ile 1 arasında değişir. RGB renginin bileşenlerinin tümü 0 ile 255 arasında değişir. Bu nedenle, mantıklı -1 (normal bileşen) ile 0 (renk bileşeni), 0 ila 127 veya 128 ve 1 ila 255 arasında eşleştirilir. Aradaki herhangi bir değer yalnızca doğrusal olarak enterpole edilir.

Bu eşlemeyi rastgele bir 3B nesnenin normlarına uygulamak, ağırlıklı olarak mavi değil, çok renkli bir resimle sonuçlanır. Örneğin, bir küp alırken, altı yüzün hepsi farklı, ancak tek tip bir renge sahip olacaktır. Örneğin, normal (1,0,0) olan yüz (255,128,128), normal (0,0, -1) olan yüz (128,128,0) ve benzeri olur.

Bununla birlikte, bir nedenden dolayı bulduğum bir küpün normal haritaları tamamen mavimsi, yani (128,128,255). Fakat açıkça, normallerin hepsi pozitif z yönünde değil, yani (0,0,1). Bu nasıl çalışıyor?

[Düzenle]

Tamam, bu yüzden yukarıda açıklanan yaklaşım, nesne uzay normal haritası veya dünya uzay normal haritası olarak adlandırılmaktadır . Diğerine teğet uzay normal haritası denir . Böyle bir teğet uzay normal haritasının bir geometrinin normallerini değiştirmek için nasıl kullanılabileceğini anlıyorum, ancak aslında nasıl hesaplandığından hala emin değilim (Nicol Bolas'ın cevabındaki yorumuma bakın).

[Düzenle 2]

Muhtemelen parçalı parametrik yüzeylerle çalıştığımı belirtmeliyim. Bu yüzeyler , her yamanın kendi parametrik alanı (u, v) = [0,1] x [0,1] ile ilişkili olduğu bir dizi yüzey yamasından oluşur . Yüzeydeki herhangi bir noktada, normal tam olarak hesaplanabilir. Görünüşe göre, teğet boşluğunu uzatmak için gerekli olan T ( teğet ) ve B ( iki-teğet ) vektörleri, sadece yüzey yamasının u ve v yönünde kısmi türevleri değildir ...

Doku eşleme, 3B yüzeydeki noktalar ile doku görüntüsü üzerindeki karşılık gelen noktaları arasındaki eşlemedir. 1: 1 doku eşlemeniz varsa, 3B yüzeydeki her nokta doku görüntüsünde belirli ve benzersiz bir noktaya eşlenir (bunun tersi doğru olması gerekmeyecektir.) Dokudaki bazı konumların konumlarla eşleşmesi gerekmez yüzeyin üzerinde).

Böyle bir eşleme ile 3B yüzeyden geçebilir ve her bir farklı normali dokudaki ilgili konumda saklayabilirsiniz.

Tamam, hadi yapalım. 3B bir yüzeyden geçeceğiz ve eşlenen yerleri normal olarak nesne-uzay normalleri üreteceğiz ve sonra dokuya yapıştıracağız. Bu yüzden render etmek istediğimizde, nesne uzayını dokudan normal bir şekilde alıyoruz ve işimiz bitti. Sağ?

Evet, bu işe yarar. Ancak aynı zamanda doku normallerinin sadece bu belirli nesne ile kullanılabileceği anlamına gelir. Ayrıca, dokunun normalleri yalnızca bu nesne ve belirli doku eşlemesi ile kullanılabilir . Dolayısıyla, doku eşlemesini bir şekilde döndürmek veya biraz UV dönüşümü ile değiştirmek isterseniz, şansınız kalmaz.

Genelde insanların kullandığı normal haritaların "teğet-uzayda" olduğu normal haritalardır. Teğet boşluk, değiştirilmemiş normalin + Z yönünde olduğu 3B yüzeydeki eşlenen noktaya göre olan boşluktur ve X ve Y eksenleri, yüzeye göre U ve V eksenleri boyunca işaret eder.

Teğet uzay esas olarak normalleri düzenler. Teğet uzayında, normal (0, 0, 1) her zaman "değiştirilmemiş" anlamına gelir; tepe noktasını normalleştirmekten normaldir. Bu , yapabileceğiniz bazı yararlı şeylere yol açar , en önemlilerinden biri daha az veriye depolamaktır.

Z her zaman pozitif olacağından, gölgelendiricinizde X ve Y bileşenlerinden hesaplayabilirsiniz. Yalnızca 2 değere ihtiyacınız olduğundan, ( OpenGL görüntü biçimi adlandırmasında ) GL_RG8, piksel başına GL_RGBA84 bayt yerine piksel başına 2 bayt biçimini kullanabilirsiniz ( piksel başına 4 bayt GL_RGB8olacaktır) GPU'lar her pikseli 4 bayta sığdıracağından). Daha da iyisi, bu iki değeri sıkıştırarak piksel başına 1 bayt biçimine yol açabilirsiniz. Böylece, doku boyutunuzu nesne alanı normal haritasının% 75'ine düşürdünüz.

Herhangi bir normal harita hakkında konuşmadan önce, nelerin saklandığını bilmeniz gerekir . Nesne-uzay normal haritası, teğet-uzay normal haritası veya başka bir şey mi?

Normal haritalar, esasen modelin doku alanına dayalı bir yerel alan olan teğet boşluk kullanılarak eşlenir. Bu, her iki sorunuzu da cevaplamalıdır.

Bakış açısına bağlı değildir, çünkü bu alanın kamera ile ilgisi yoktur. Normal haritada Z yukarı yönü gösterir. Bir modelin normallerine bakarsanız, normal vektörlerin çoğu doğrudan ağdan işaret eder. Ağın yüzeyi, bahsettiğim doku alanıdır, bu nedenle yerel koordinat sisteminde yukarı doğru "dışa doğru" yönü vardır.

Bu sayfada aşağı kaydır

Veri kümeleri altında sağ taraftaki S / B çizimine bakın - bu (veya en azından eskiden) kirpi çizimi olarak bilinir, her biri normal olan bir yüzeyin oluşturulması

Geleneksel bir normal haritayı anlamak için, tüm dikenleri çıkmış olan üzgün bir kirpi düşünün - bu dikenlerin her biri altındaki kirpi yüzeyine normaldir -

Küre sorunuzla ilgili olarak, ışın izleyicilerinde olduğu gibi tamamen parametrik alanda yaşıyorsanız, o zaman küre için sonsuz normaller kümesi daha büyük bir küre yaratacaktır - yani mozaikli alanda, yani bilgisayarın bize zorladığı dünyada gerçek zamanlı istiyoruz, o zaman bir kürenin dikenli bir yaklaşımına sahipsiniz.

Şimdi, bu örnek bir OBJECT normal haritasına odaklandı - nesneye göre normalleri tanımlıyor ve bu, nesnenin veya kameranın veya başka bir şeyin herhangi bir dönüşü, çevirisi veya ölçeklendirmesi altında değişmez - daha önce belirtildiği gibi, bu sadece bir tür normal harita ama en yaygın olanı

Bence normal haritaların ne olduğu konusunda bazı yanılgılarınız olabilir. Temel olarak, aslında geometri tamamen düz olduğunda engebeli bir şeyin görünümünü simüle etmenin bir yoludur.

Normal bir haritanın renkleri bir teknoloji gölgelendiricisi tarafından yorumlanır ve ışık yoğunluğuna ve yönüne ve ayrıca kamera görünümünüze göre işlenir. Bu, örneğin tamamen düz, düz bir dokuya sahip bir tuğla zemine sahip olabileceğiniz anlamına gelir, ancak aynı tuğla şekline sahip normal bir haritaya sahip olduğu için, etrafına baktığınızda ışık yandan sekiyor gibi görünecektir tuğladan daha fazla 3D görünmesini sağlıyor.

Bu elbette sadece bir yanılsamadır, ancak karmaşık geometriye sahip olmaktan çok daha ucuzdur. Ve hayır, normal haritanın renkleri değişmiyor. Gerçekten sadece gölgelendiricide karşılaştırılacak değerleri temsil ederler. Eminim buradaki biri sizi daha ayrıntılı bir şekilde doldurabilir.