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Mapeo de relieve

Una esfera sin mapeo de relieve (izquierda). Un mapa de relieve que se aplicará a la esfera (centro). La esfera con el mapa de relieve aplicado (derecha) parece tener una superf...

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Una esfera sin mapeo de relieve (izquierda). Un mapa de relieve que se aplicará a la esfera (centro). La esfera con el mapa de relieve aplicado (derecha) parece tener una superficie moteada que se asemeja a una naranja . Los mapas de relieve logran este efecto al cambiar la forma en que una superficie iluminada reacciona a la luz, sin modificar el tamaño ni la forma de la superficie.

El mapeo de protuberancias [1] es una técnica de mapeo de texturas en gráficos de computadora para simular protuberancias y arrugas en la superficie de un objeto. Esto se logra alterando las normales de la superficie del objeto y utilizando la normal perturbada durante los cálculos de iluminación. El resultado es una superficie aparentemente irregular en lugar de una superficie lisa, aunque la superficie del objeto subyacente no cambia. El mapeo de protuberancias fue introducido por James Blinn en 1978. [2]

El mapeo normal es la variación más común del mapeo de relieve utilizado. [3]

Principios

El mapeo de relieve tiene la limitación de que no modifica la forma del objeto subyacente. A la izquierda, una función matemática que define un mapa de relieve simula una superficie desmoronada en una esfera, pero el contorno y la sombra del objeto siguen siendo los de una esfera perfecta. A la derecha, se utiliza la misma función para modificar la superficie de una esfera generando una isosuperficie . Esto modela una esfera con una superficie irregular con el resultado de que tanto su contorno como su sombra se representan de manera realista.

El mapeo de relieve es una técnica de gráficos por computadora que permite hacer que una superficie renderizada parezca más realista simulando pequeños desplazamientos de la superficie. Sin embargo, a diferencia del mapeo de desplazamiento , la geometría de la superficie no se modifica. En cambio, solo se modifica la normal de la superficie como si la superficie se hubiera desplazado. La normal de la superficie modificada se utiliza luego para los cálculos de iluminación (utilizando, por ejemplo, el modelo de reflexión de Phong ) dando la apariencia de detalle en lugar de una superficie suave.

El mapeo de relieve es mucho más rápido y consume menos recursos para el mismo nivel de detalle en comparación con el mapeo de desplazamiento porque la geometría permanece sin cambios.

También existen extensiones que modifican otras características de la superficie además de aumentar la sensación de profundidad. El mapeo de paralaje y el mapeo del horizonte son dos de esas extensiones. [4]

La principal limitación del mapeo de protuberancias es que solo altera las normales de la superficie sin cambiar la superficie subyacente en sí. [5] Por lo tanto, las siluetas y las sombras no se ven afectadas, lo que es especialmente notable para desplazamientos simulados de mayor tamaño. Esta limitación se puede superar mediante técnicas que incluyen el mapeo de desplazamientos, donde se aplican protuberancias a la superficie o se utiliza una isosuperficie .

Métodos

Existen dos métodos principales para realizar el mapeo de protuberancias. El primero utiliza un mapa de altura para simular el desplazamiento de la superficie, lo que produce la normal modificada. Este es el método inventado por Blinn [2] y, a menos que se especifique, se suele denominar mapeo de protuberancias. Los pasos de este método se resumen a continuación.

Antes de realizar un cálculo de iluminación para cada punto visible (o píxel ) en la superficie del objeto:

  1. Busque en el mapa de alturas la altura que corresponde a la posición en la superficie.
  2. Calcular la normal de la superficie del mapa de alturas, normalmente utilizando el método de diferencias finitas .
  3. Combine la normal de superficie del paso dos con la normal de superficie verdadera ("geométrica") de modo que la normal combinada apunte en una nueva dirección.
  4. Calcule la interacción de la nueva superficie "irregular" con las luces en la escena utilizando, por ejemplo, el modelo de reflexión Phong .

El resultado es una superficie que parece tener profundidad real. El algoritmo también garantiza que la apariencia de la superficie cambie a medida que se mueven las luces de la escena.

El otro método consiste en especificar un mapa normal que contenga directamente la normal modificada para cada punto de la superficie. Dado que la normal se especifica directamente en lugar de derivarse de un mapa de alturas, este método suele dar lugar a resultados más predecibles. Esto facilita el trabajo de los artistas, lo que lo convierte en el método más común de mapeo de relieve en la actualidad. [3]

Técnicas de mapeo de relieve en tiempo real

Ejemplo de un falso mapeo de relieve en tiempo real.
De izquierda a derecha:
  1. mapa de bits de superficie, intencionalmente borroso,
  2. fuente de luz de mapa de bits,
  3. Efecto de mapeo de relieve con trayectoria orbital de fuente de luz. 1 = incógnita 2 + y 2 / incógnita 2 {\displaystyle 1=x^{2}+y^{2}/x^{2}}

Los programadores de gráficos 3D en tiempo real suelen utilizar variaciones de la técnica para simular el mapeo de relieve con un menor costo computacional.

Una forma típica era utilizar una geometría fija, que permite utilizar la normal de la superficie del mapa de alturas casi directamente. Combinado con una tabla de búsqueda precalculada para los cálculos de iluminación, el método se podía implementar con un bucle muy simple y rápido, lo que permitía un efecto de pantalla completa. Este método era un efecto visual común cuando se introdujo por primera vez el mapeo de relieve.

Véase también

Referencias

  1. ^ "Mapeo de relieve y entorno" (PDF) . ics.uci.edu .
  2. ^ ab Blinn, James F. "Simulación de superficies arrugadas", Computer Graphics, vol. 12 (3), págs. 286-292 SIGGRAPH -ACM (agosto de 1978)
  3. ^ ab Mikkelsen, Morten (2008). "Simulación de superficies arrugadas revisitada" (PDF) . pág. 7 (Sección 2.2). Archivado (PDF) desde el original el 26 de mayo de 2019. Consultado el 5 de agosto de 2011 .
  4. ^ Lengyel, Eric (julio de 2019). Fundamentos del desarrollo de motores de juegos, volumen 2: renderizado. Terathon Software LLC. ISBN 978-0-9858117-5-4.
  5. ^ Síntesis de mapas de relieve en tiempo real, Jan Kautz 1 , Wolfgang Heidrichy 2 y Hans-Peter Seidel 1 , ( 1 Max-Planck-Institut für Informatik, 2 Universidad de Columbia Británica)
  • Sombreado de relieve para texturas de volumen, Max, NL, Becker, BG, Computer Graphics and Applications, IEEE, julio de 1994, volumen 14, número 4, páginas 18 a 20, ISSN 0272-1716
  • Creación sencilla de vectores por píxel de una escala de grises para que funcione un mapa de relieve y más
  • Ejemplo de mapeo de relieve ( subprograma Java )
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