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位移貼圖的工作原理

作者:元宇宙虛拟現實

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位移貼圖的工作原理

位移貼圖可以使曲面的幾何體産生位移。 它的效果與使用位移修改器相類似。 與凹凸貼圖不同,位移貼圖實際上更改了曲面的幾何體或面片細分。我們可以借助GLTF 編輯器 -NSDT 來設定模型的位移貼圖;在學習如何使用 GLTF 編輯器 -NSDT 之前我們先詳細學習下位移貼圖的一些相關知識。

概述

位移貼圖的工作原理

位移貼圖是一種在渲染時向曲面添加幾何細節的技術。與凹凸貼圖相比,凹凸貼圖的工作原理是僅通過改變曲面法線來建立曲面細節的錯覺,而位移貼圖則修改曲面本身。下面是使用凹凸貼圖和位移貼圖渲染的同一對象的示例。請注意凹凸貼圖中球體的圓形輪廓及其陰影,以及位移産生的變形輪廓。在這種情況下,位移貼圖是梯度斜坡(程式)貼圖;采用3D映射方法。

在位移映射的情況下,表面實際上被修改了,這導緻了正确的輪廓、陰影和 GI。在凹凸貼圖的情況下,盡管表面看起來經過修改,但輪廓和陰影與原始對象的輪廓和陰影相同。

位移與其他類型的着色不同,因為它修改了實際的對象表面。雖然其他着色活動(如凹凸貼圖)在渲染時進行,但位移發生在渲染之前。

位移貼圖類型

位移貼圖可以是以下兩種類型之一:

  • 單色貼圖 - 灰階位圖或程式貼圖,其中白色區域表示與基礎網格的位移較大,較暗區域表示位移較小。位移在網格法線的方向上。這是最常用的位移貼圖類型。用于位移的非灰階貼圖在應用于網格之前會轉換為單色貼圖,除非在非常特殊的情況下。
  • 矢量貼圖 - 一個位圖,其中每個像素的紅色、綠色和藍色值除了面部法線方向外,還會在 U 和 V 方向上移動網格。這種類型的映射的設定和使用起來更為複雜。

位移貼圖應用

下面給出了位移映射的一些應用。

  • 逼真的紋理:位移貼圖可用于建立逼真的紋理,例如毛皮、皮膚、布料或岩石和地形等粗糙表面。
  • 高頻細節:它可用于添加詳細的 3D 特征,例如皺紋、鱗片、凹凸或縫隙,而使用傳統模組化技術很難實作這些特征。
  • 電影行業:位移貼圖在電影行業中被廣泛使用,以增強角色和環境,添加逼真的細節,使其具有視覺吸引力。
  • 電子遊戲:位移貼圖越來越多地用于視訊遊戲中,以提高角色、遊戲對象和環境的細節水準,進而提供更身臨其境的使用者體驗。
  • 避免幾何體過載:它允許藝術家避免過多的多邊形模組化,這可能會導緻圖像渲染中的性能問題并增加 3D 模型的複雜性。
  • 高效資源利用:通過依賴紋理(或位移)資料來擷取表面細節,位移映射可以優化資源使用率并簡化圖像渲染。它可以更快、更高效地渲染高細節表面。

位移品質

對于 3D 位移,幾何圖形在子三角形的基礎上進行裁剪 - 子三角形要麼被完全裁剪掉,要麼完全可見(對于裁剪更精确的 2D 位移,情況并非如此)。是以,您可能會在剪裁的邊緣處獲得鋸齒狀效果。您可以通過生成更多子三角形來減少這種影響(請參閱下一節)。

通過将原始對象的每個三角形細分為多個子三角形來執行 3D 位移。子三角形越多,位移越好,但也會占用更多記憶體,并增加渲染時間。

位移貼圖的工作原理

以下是此渲染的放大圖,以更好地顯示各個子三角形(單擊該圖像獲得較大視圖):

位移貼圖的工作原理

此外,這裡是顯示球體原始三角形邊界的渲染圖。要建立類似的渲染,可使用GLTF 編輯器 -NSDT打開模型,在右側面闆中可以找到材質屬性欄,點選位移貼圖選項,在彈出的檔案選擇框中選擇本地檔案(位移貼圖,格式為正常圖檔格式:png、jpg等),左側渲染視窗會實時渲染模型。

位移貼圖的工作原理

位移的品質由子三角形的大小和數量決定。要調整的主要參數是邊長, 它決定了子三角形邊的最大長度。這可以是世界機關或像素,具體取決于“視圖相關” 選項。邊長值越低意味着三角形越小,品質越好。這是使用各種邊長值渲染的上一張圖像。“視圖相關”處于打開狀态,是以邊長以像素表示。請注意,“視圖相關”選項是指原始圖像中的像素,而不是通過放大渲染獲得的放大圖像。這就是為什麼我們能夠進行放大渲染以更好地看到各個子三角形的原因。

下面的圖像是在材質的漫反射槽中使用位移貼圖渲染的,以顯示網格的原始三角形。GLTF 編輯器 -NSDT 不僅可以使法線平滑表面,還可以自動應用法線貼圖來表示完美位移表面的法線,這使得表面看起來比實際更詳細。

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