Типи карт

Запорізька міська рада Запорізька гімназія №46

РЕФЕРАТ

з інформатики на тему:

«Тривимірна графiка»

Запоріжжя, 2015

Текстура(тривимірна графіка)

Текстура (англ. Texture mapping) — це спосіб надання поверхні 3D деталі — полігону: кольору, фактури, блиску, матовості та інших фізичних властивостей (для імітації найчастіше якогось природного матеріалу, наприклад: паперу, дерева, каменю, металу тощо).

Поняття «текстура» є важливим елементом 3D-моделювання, оскільки дозволяє відтворити також малі об'єкти поверхні, створення яких полігонами виявилося б надмірно ресурсномістким. Наприклад, шрами на шкірі, складки на одязі, дрібні камені, предмети на поверхні стін і ґрунту та багато іншого. Отже, текстура використовується для заповнення поверхонь об'єктів і в якості шару для додання певного ефекту або зміни геометрії всьому зображенню або його частини.

Текстури бувають шовні та безшовні(патерни або візерунки). Головна відмінність останніх в тому, що при поєднанні одних і тих же фрагментів поверхня залишається цілісною.

Якість поверхні текстури визначається текселями — кількістю пікселів на мінімальну одиницю текстури. Оскільки сама по собі текстура є зображенням, роздільність текстури і її формат відіграють велику роль, яка згодом позначається на загальному враженні від якості графіки у 3D-додатку.

Карта текстури

Карта текстури застосовується для утворення певного параметру візуального відображення на поверхні заданої форми. Цей процес нагадує застосування візерунчастого паперу на звичайній білій коробці. Кожній вершині в 3D моделі присвоюється координати текстури (яка у разі 2D відома, як UV координата). Місця відбору проб зображення згодом інтерполюється по поверхні моделі з отриманням візуального результату.

Найчастіше це файл растрового (рідше векторного) зображення з розширенням JPEG, PNG або PAT.

Приклад роботи мультитекстури на об'єкті: 1. Сфера на яку накладено: 2. Diffuse і bump карти; 3. Diffuse карта лише; 4: Opacity та diffuse карти.

Типи карт

Diffuse map (карта базового кольору) — текстура, якою задається основний колір поверхні. Для того, щоб добре працювати з картою нормалей, дзеркальною та іншими картами дифузна карта не повинна мати ніякого спрямованого світла на своїй поверхні, вона повинна мати тільки загальні навколишні оклюзії, тобто поверхня стає темніша в глибоких тріщинах і навколо тиснення деталі;

Specular map (карта відбиття) — карта, яка показує здатність відображення матеріалу. На відміну від reflection map, specular map не показує відображення сцени, в якій знаходиться об'єкт, а зображує відбиття світла падаючого на нього. Specular Map містить в собі пікселі в чорно-білій колірній гамі. Чим світліший піксель, тим більше здатність матеріалу відбивати світло і тим яскравіше на ньому відблиски від світла. Відповідно чим темніший піксель, тим більш матовим стає матеріал і втрачає свою властивість відбивати світло. Для матеріалів керамічної плитки і полірованого металу можуть використовуватися світлі тони, а для тканин і дерева темні;

Bump map (карта рельєфу) — карта для імітації рельєфу поверхні. Створюється в градаціях сірого кольору. При рендерингу сірі області карти (мається на увазі сірий колір — R = 150, G = 150, B = 150) відображатиметься

4
звичайним чином, чорні будуть замальовуватись, а білі — освітлюватись (чим область світліше, тим більше рівень

яскравості) — ця ілюзія світла і тіні створює ефект рельєфу поверхні;

Normal map — карта для імітації рельєфу поверхні. Дозволяє змінювати нормаль відображуваного пікселя ґрунтуючись на кольоровій карті нормалей, в якій ці відхилення зберігаються у вигляді текселя, колірні складові якого [ r, g, b ] інтерпретуються в осі вектора [x, y, z], на основі якого обчислюється нормаль, використовувана для розрахунку освітленості пікселя. Завдяки тому, що в карті нормалей використовують 3 каналу текстури, цей метод дає більшу точність, ніж Bump mapping, в якому використовується тільки один канал і нормалі, по суті, всього лише інтерпретуються в залежності від «висоти»;

Карти нормалей зазвичай бувають двох типів: object-space — використовується для не деформуються об'єктів, таких як стіни, двері, зброя тощо; tangent-space& nbsp — застосовується для можливості деформувати об'єкти, наприклад персонажів. Для створення карт нормалей зазвичай використовується високо полігональні і низько

5
полігональні моделі, за їхнім порівнянням встановлюють потрібне значення відхилення нормалей.

Displacement map — карта зміщення, для показу рельєфу поверхні. Також представляється в градаціях сірого кольору. Принципова відмінність від попередніх двох методів, що цей спосіб автоматично по-справжньому моделює за картою полігони. Природно він найякісніший і найбільш ресурсномісткий;

Height map — двовимірний масив, кожен елемент якого інтерпретується як висота. Часто використовуються в програмах для створення ландшафтів (Terrain), щоб зберігати інформацію про висоту кожної точки місцевості. Використовуються також в технології бамп-маппінга (bump mapping);

Ambient Occlusion (AO) map — карта затінення;

Reflection map — карта відображення;

Curvature (Concave, Convexity, Pits, Peaks, Worn Edge) map — карта, яка зберігає опуклості, вигини сітки;

Opacity map (opaque map), (карта непрозорості) — формується на основі чорно-білої текстури, де повністю чорний колір буде відображатися прозорим (вирізатися з дифузної карти), білий повністю залишатиметься
6
відображатись, а сірі відтінки відображатимуться напівпрозоро з альфа інтенсивністю;

Glow map;

DuDv;

Flow map — карта направлення текстури, також називають векторним полем;

Radiosity normal map — карта використовується в основному при запіканні текстур;

Roughness;

HRGlossiness;

RGGlossiness;

Anisotropy;

An. Rotation;

Refract;

Glossiness;

IOR;

Translucent;

Environment.

7

Приклад використання Normal map з метою зменшення кількості полігонів моделі без втрати якості візуального відображення.

При використанні засобів тривимірної графіки синтез зображень виконується за алгоритмом, що мстить:

попередня підготовка;

створення геометричної моделі сцени;

налаштування освітлення та зйомочних камер;

підготовка та призначення матеріалів;

візуалізація сцени.

Перші чотири пункти є підготовчими, а останній власне формує зображення.

Попередня підготовка. На цьому етапі складається вміст сцени. Треба передбачити всі об'єкти та їх деталі, тому бажано мати намальований ескіз.

Створення геометричної моделі сцени. Будуються тривимірні геометричні моделі об'єктів, що мають ширину, довжину та висоту. Об'єкти розташовуються у
8
тривимірному просторі, причому їх можна вкладати у середину інших об'єктів. Набір інструментів по створенню геометричних моделей називається геометричним конструктором сцен. Після створення геометричної моделі, сцену можна розглядати з любого ракурсу.

Робота над композицією: світло та камери. Відбувається налаштування моделей джерел освітлення та розставляння зйомочних камер. Правильний підбір джерел освітлення дозволяє виконати імітацію фотографування сцени в любих умовах освітлення. Освітлення всіх об'єктів, їхні тіні та відблиски світла розраховуються програмою автоматично. Моделі зйомочних камер надають можливості розглядати тривимірну сцену та виконувати її зйомку під любим кутом зору.

Підготовка та призначення матеріалів. Виконується робота, що забезпечує візуальну правдивість сцени та наближує якість зображення до реальної фотографії. В наш час є великі можливості по створенню нових матеріалів або вибору готових матеріалів із бібліотек, що розповсюджуються на CD- дисках або Інтернеті.

Працюючи з матеріалами, можна налаштовувати їх властивості, зокрема, силу відблискування, прозорість, самовипромінювання, дзеркальність, рельєфність. У склад матеріалів можна вміщувати фотографії реальних об'єктів навколишнього світу. Окрім того, фотографії можна використовувати у якості фону сцени.

9
Візуалізація сцени, тобто формування сцени, яке займає досить довгий час, що залежить від складності сцени та швидкодії комп'ютера.

На етапі візуалізації програма розраховує та наносить на зображення всі тіні, бліки, взаємне відбивання об'єктів. Для підвищення достовірності зображення можна створити імітацію природних явищ (димка, туман, полум'я).

Вигаданий світ, створений таким чином, називається віртуальним, тобто потенційно можливим. На питання, чи не простіше сфотографувати реальну сцену, можна відповісти, що є випадки, коли використання тривимірної графіки є єдиним можливим засобом рішення.