Mappatura dei rilievi: Bump Mapping: esplorazione della profondità nella visione artificiale

Di Fouad Sabry

Cos'è il Bump Mapping

Creare l'aspetto di rilievi e rughe sulla superficie di un oggetto è l'obiettivo della tecnica di mappatura delle texture nota come bump mapping, che viene utilizzata nella grafica computerizzata. Ciò può essere ottenuto perturbando le normali di superficie dell'oggetto e quindi utilizzando la normale disturbata nei calcoli eseguiti per l'illuminazione. Il risultato finale è una superficie che appare irregolare anziché liscia, nonostante la superficie dell'oggetto su cui si sta lavorando rimanga invariata. Nel 1978, James Blinn gettò le basi per il concetto di bump mapping.

Come trarne vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti aspetti argomenti:

Capitolo 1: Mappatura bump

Capitolo 2: Mappatura texture

Capitolo 3: Mappatura normale

Capitolo 4: Per- illuminazione dei pixel

Capitolo 5: Heightmap

Capitolo 6: Auto-ombreggiamento

Capitolo 7: Mappatura dello spostamento

Capitolo 8: Rilevamento delle collisioni

Capitolo 9: Ombreggiatura Gouraud

Capitolo 10: Ombreggiatura Phong

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sul bump mapping.

(III) Esempi reali di utilizzo del bump mapping in molti campi.

A chi è rivolto questo libro

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati , hobbisti e coloro che vogliono andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di Bump Mapping.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 5 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Bump mapping

Mappatura dei rilievi

La mappatura normale è il tipo più diffuso di mappatura dei rilievi.

Il bump mapping è una tecnica di grafica computerizzata che simula piccoli spostamenti di superficie per rendere più realistica una superficie visualizzata. A differenza della mappatura di spostamento, tuttavia, la geometria della superficie non viene modificata. Al contrario, solo la normale alla superficie viene modificata per simulare uno spostamento. La normale alla superficie modificata viene quindi utilizzata per i calcoli di illuminazione (utilizzando, ad esempio, il modello di riflessione Phong), ottenendo una superficie che sembra dettagliata anziché liscia.

La mappatura dei rilievi è significativamente più veloce e utilizza meno risorse rispetto alla mappatura di spostamento per lo stesso grado di dettaglio, poiché la geometria rimane inalterata.

Oltre ad esaltare la sensazione di profondità, ci sono allungamenti che alterano altre caratteristiche della superficie. La mappatura dell'orizzonte e la mappatura della parallasse sono due di queste estensioni. Pertanto, le sagome e le ombre sono invariate, il che è particolarmente evidente per gli spostamenti simulati più grandi. Questo vincolo può essere aggirato attraverso l'uso di tecniche come la mappatura dello spostamento in cui le protuberanze vengono posizionate sulla superficie o su un'isosuperficie.

Esistono due tecniche di bump mapping di base. Il primo metodo simula lo spostamento della superficie utilizzando una mappa di altezza, ottenendo una normale modificata. Questa è la tecnica sviluppata da Blinn ed è tipicamente indicata come bump mapping, se non diversamente indicato. I passaggi di questo metodo sono riepilogati come segue.

Prima di eseguire un calcolo dell'illuminazione per ogni punto visibile (o pixel) sulla superficie di un oggetto, la superficie dell'oggetto viene mappata:

Consultare l'altezza nella mappa delle altezze che corrisponde alla posizione della superficie.

Calcola la normale alla superficie della mappa di altezza, spesso usando il metodo delle differenze finite.

Combinate la normale alla superficie del secondo gradino con la normale alla superficie reale (geometrica) in modo che la normale combinata punti in una direzione diversa.

Calcola l'interazione tra la nuova superficie irregolare e le luci di scena utilizzando un modello come il modello di riflessione Phong.

Di conseguenza, la superficie sembra avere una profondità effettiva. Il programma garantisce inoltre che l'aspetto della superficie cambi man mano che l'illuminazione della scena viene manipolata.

Il metodo alternativo consiste nello specificare una mappa normale con la normale aggiornata per ogni punto della superficie. Poiché la normale viene fornita direttamente invece di essere calcolata da una mappa di altezza, questa tecnica produce in genere risultati più prevedibili. Questo semplifica il processo per gli artisti, rendendolo il modo più diffuso di bump mapping oggi.

I programmatori di grafica 3D in tempo reale utilizzano spesso varianti dell'approccio per replicare il bump mapping a un costo computazionale ridotto.

Un metodo popolare consisteva nell'utilizzare una geometria fissa, che consente l'applicazione della normale alla superficie della mappa di altezza praticamente direttamente. In combinazione con una tabella di ricerca precalcolata per i calcoli dell'illuminazione, il metodo potrebbe essere implementato con un ciclo molto semplice e veloce, consentendo effetti a schermo intero. Questa tecnica era prevalente quando è stato sviluppato per la prima volta il bump mapping.

{Fine Capitolo 1}

Capitolo 2: Mappatura delle texture

La mappatura delle texture è una tecnica utilizzata per mappare una texture su un'immagine generata al computer. In questo contesto, la trama potrebbe essere un dettaglio ad alta frequenza, una trama superficiale o un colore.

Nel 1974, Edwin Catmull sviluppò la prima versione del metodo.

La mappatura delle texture inizialmente si riferiva alla mappatura diffusa, un metodo che semplicemente mappava i pixel di una texture su una superficie 3D (avvolgendo l'immagine attorno all'oggetto). Negli ultimi decenni, l'avvento del rendering multi-pass, del multitexturing, delle mipmap e delle mappature più complesse come la mappatura dell'altezza, la mappatura delle risse, la mappatura normale, la mappatura dello spostamento, la mappatura della riflessione, la mappatura speculare, la mappatura dell'occlusione e molte varianti della tecnica (controllata da un sistema di materiali) hanno reso possibile simulare il quasi fotorealismo in tempo reale riducendo drasticamente il numero di poligoni e i calcoli di illuminazione necessari per costruire una scena.

Una mappa di superficie Può trattarsi di una bitmap o di una trama generata. Possono essere salvati in formati di file di immagine standard, referenziati da formati di modelli 3D o descrizioni dei materiali e raggruppati in pacchetti di risorse.

Le superfici visibili possono avere da