Transcript normal mapping

„Mappings” 2.
Jeni László Attila
[email protected]
Klár Gergely
[email protected]
Miről lesz szó?
Bump mapping, Normal mapping
Displacement mapping
Environment mapping
Bucka és normál leképzés
Feladat: részletgazdagabbá akarunk tenni egy felületet,
hogy apró egyenetlenségek is meglátszódjanak rajta,
miközben a geometriát nem akarjuk megváltoztatni
Bucka és normál leképzés
Tároljuk a felületi
normálvektor perturbációt
egy térképben.
Ezeket az információkat
felhasználva árnyalásnál
módosítjuk a visszaverődő
S vektor irányát (és ezáltal
a megfigyelő által észlelt
fényerő mértékét).
Nem módosítunk a
geometrián.
darker
lighter
modulating N
L
i
S
r
s
O
surface
Bucka és normál leképzés
Bucka térkép
Normál térkép
Bucka leképzés
Bucka térkép előállítása
A nagyobb tesszellációval rendelkező modell
segítségével meghatározhatjuk a bucka térképeket a
kisebb tesszelláltságú modellhez.
Bucka térkép előállítása
Procedurális textúrák segítségével
http://www.filterforge.com/
Rajzoló programmal
http://nifelheim.dyndns.org/~cocidius/normalmap/
http://developer.nvidia.com/object/photoshop_dds_p
lugins.html
Normál térkép használata
A kép RGB csatornáin XYZ
értékeket tárolunk
Ezek értéke [0,1]
tartományban lehet
De egy normálvektor
koordinátái [-1, 1] között
vehetnek fel értéket!
NormalVector =
(NormalTexture-0.5)*2
Normál térkép használata
Az így kapott vektor adja az adott pontbeli normálvektor.
Probléma: fontos a normál térkép sodrása!
Jobbkezes térkép balkezes rendszerben hibás árnyékokat
eredményez, és viszont!
Textúra és világ koordináta
rendszerek
A normál térképben tárolt vektorok a textúra
síkjához képest adottak, azaz helyes értéket
(transzformációk nélkül) csak az XY síkon fekvő,
és a +Z felelő néző objektumokra adnak
Normál térképek transzformálása
(Texture-Space Normal Mapping)
A probléma, hogy a textúra-tér és az objektum-tér
inkonzisztens egymással
Egy megoldás, ha az fény számításnál használt
vektorokat (directionToLight, directionToCamera)
elforgatjuk a textúra-térbe.
Ez csak ritkán használható megoldás, mivel az
elforgatás csak objektumonként adott, de nekünk
felületenként (gyak. háromszögenként) lenne rá
szükségünk
Texture-Space Normal Mapping
Normál, tangens, bitangens
Egy forgatási mátrix megadható a fenti három
vektor segítségével
Célunk, hogy a textúra-tér XY síkja a „normál
leképezés alá kerülő” háromszög síkjába kerüljön
Ha ismert a fenti három vektor, akkor belőlük
képzett forgatási mátrix pontosan ezt a
transzformációt végzi el.
Tx Bx N x 
T B N 
y
y
 y
Tz Bz N z 
Normál, tangens, bitangens
vektorok számítása
Ha a háromból kettő adott, akkor a harmadik
számítható az alábbi képletek alapján:
B  N T
N T B
T  BN
N általában adott
Sok 3D-s program támogatja a tangens és/vagy
bitanges exportálását
A bitangest (tévesen) szokás néha binormálisnak
is nevezni
További olvasnivalók
Leírás a bucka illetve normál leképezésekről,
shader kódokkal:
http://http.developer.nvidia.com/CgTutorial/cg_t
utorial_chapter08.html
Tangens, bitangens vektorok számítása:
http://www.terathon.com/code/tangent.html
Eltolás leképzés
Displacement mapping
A textúrázást felhasználhatjuk arra is, hogy
elmozdítsuk az objektum felületi pontjait.
Előnyök, hátrányok
Valóban megváltoztatja a felület geometriáját,
nem csak azt az érzetet kelti
Ellenpélda normál leképezésnél:
Csak annyira lesz részletes, amennyire a felület
felbontása az:
Környezet leképzés
Tükröző és törő felületű objektumok
modellezésére használhatjuk.
Nem szükséges hozzá pontos fizikai modellezés
Visszaverődő sugár:
A kamerából induló nézeti fénysugár és az
objektum metszéspontjához a visszaverődő
fénysugár és a közvetítőfelület metszéspontját
rendeljük (environment mapping ).
Környezet leképzés
Gömbi leképzéssel:
Környezet leképzés
Blinn-Newell leképzéssel:
Környezet leképzés
Kocka leképzéssel:
Kocka textúrák
A kocka textúrák (cube maps) különleges, hat
lapból álló textúrák, amik három koordinátával
címezhetők.
A hat lap a +X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z irányoknak felelnek
meg, mindegyik egy lapja a kockának.
Környezet leképzés, tükröződés
A kocka leképzéssel bonyolult transzformációk
nélkül megkaphatjuk a textúra koordinátákat.
Az kocka textúra megfelelő pontját a kamerába
mutató vektor normál vektorra vett tükörképe
adja.
A kapott pontból kell olvasni a textúrából
float3 R = reflect(-directionToCamera, input.Normal);
float4 envColor = texCUBE(envMapSampler, R);
Környezet leképzés, fénytörés
Hasonlóan járunk el, mint a tükröződés esetén
Fénytörés során, a sugár elhajlását a Snellius–
Descartes-törvény adja, ami szerint
sin i 2

sin  r 2
Az kocka textúra megfelelő pontját a
refract függvény adja.
A kapott pontból kell olvasni a textúrából
float3 R = refract(-directionToCamera, input.Normal,
1.01);
float4 envColor = texCUBE(envMapSampler, R);
További környezet leképzésen
alapuló technikák
Chromatikus diszperzió
R,G,B csatornánként külön számítjuk a fénytörés, kissé
eltérő törésmutatókkal.
Példa kód:
float4 envColor = 1;
float3 R = refract(-directionToCamera, input.Normal, 1.01);
envColor.r = texCUBE(envMapSampler, R).r;
R = refract(-directionToCamera, input.Normal, 1.04);
envColor.g = texCUBE(envMapSampler, R).g;
R = refract(-directionToCamera, input.Normal, 1.07);
envColor.b = texCUBE(envMapSampler, R).b;
További környezet leképzésen
alapuló technikák
Fresnel hatás
Egyszerre használunk tükröződést illetve fénytörést
A visszavert és átengedett fény arányát a beesési szög
és az anyagjellemzők határozzák meg
Példa kód:
float power = 5;
float reflectionCoefficient = max(0, min(1, 1pow(dot(directionToCamera, input.Normal), power)));
float3 Rfl = reflect(-directionToCamera, input.Normal);
float3 Rfr = refract(-directionToCamera, input.Normal, 1.05);
float4 envColor = reflectionCoefficient*texCUBE(envMapSampler,
Rfl)+(1-reflectionCoefficient)*texCUBE(envMapSampler, Rfr);
További környezet leképzésen
alapuló technikák
SkyBox/SkySphere
Egy olyan modellt hozunk létre, ami teljesen
tartalmazza a színteret, végtelenül távol van, elérni
nem lehet, de „forgásra” változik.
Ehhez a verex shader-ben a modellt eltoljuk a hátsó
vágósíkhoz, textúra-koordinátáknak pedig a
csúcspontok eredeti pozícióit használjuk.
További környezet leképzésen
alapuló technikák
SkyBox/SkySphere
Példa kód:
void VertexShaderFunction(float3 Position : POSITION0,
out float4 SkyPos : POSITION0,
out float3 SkyCoord : TEXCOORD0)
{
float3 worldPosition = mul(Position, World);
float3 viewPosition = mul(worldPosition, View);
SkyPos = mul(float4(viewPosition, 1), Projection).xyww;
SkyCoord = Position;
}