Textúrovanie

Csütörtöky, Čicmanský, Fridrichová,

Kiss, Kučerová 4.10.2008

Obsah prezentácie

• Úvod• Textúry

– Rozdelenie textúr– Opakovanie textúr

• Mapping• UV mapping• Techniky mapingu

– Bump Mapping (Pôvodný, Emboss, Enviroment, Normal)– Virtual Displacement Mapping– Light Mapping– Multitexturing– Mipmapping

• Wrapping

Úvod

• už od počiatkov počítačovej grafiky sa pokúšame zlepšiť realistickosť syntetizovaných obrazov

• hľadáme lepšie spôsoby ako vystihnúť vzhľad zobrazovaných povrchov bez toho, aby sme menili ich geometriu

• proces

– tónovanie

– textúrovanie

Textúra• tento pojem pochádza z textilného priemyslu a pôvodne

znamenal rozmiestnenie nití v osnove tkaniny• súbor opticko-fyzikálnych vlastností povrchu telesa• predpis, ktorý definuje vlastnosti určitého materiálu v grafike,

a ktorý opisuje jeho správanie pri interakcii s lúčmi svetla • pozostáva z textúrnych primitív (textúrnych prvkov), ktoré sa

nazývajú texely• texel je skratka od "texture element"

Rozdelenie textúr(1)

Podľa určenia vlastnosti povrchu

• farba povrchu (color texture)

• odraz svetla (enviroment texture)

• zmena normálového vektora (bump texture)

• lesk (reflectance textures)

• priehľadnosť (transparency texture)

• tiene, posunutie povrchu a miešanie koeficientov (displacement texture)

Color texture (1)

Color texture (2)

Reflectance texture

Transparency texture

Displacement texture

Rozdelenie textúr (2)

Na základe počtu rozmerov

• jednorozmerné– opakujúce sa pozdĺžne vzory, pomocné textúry pri

výpočtoch• dvojrozmerné

– mapovanie na povrch telesa• trojrozmerné

– definujú hodnotu textúry v priestore• štvorrozmerné

– animácia 3-rozmerných textúr

Rozdelenie textúr (3)Podľa spôsobu ich získania

• digitalizované textúry• procedurálne textúry

• výhody – extrémne dátovo kompaktné– nemajú fixné rozlíšenie– nepokrývajú fixnú oblasť– parametrizované

• nevýhody– obtiažnosť– odhadnuteľnosť– rýchlosť– aliasing

Opakovanie textúr (1)• štandardný rozsah textúrovacích súradníc: [0,1]D• cyklické opakovanie (repeat, wrap, tile)• zrkadlové opakovanie (mirror, flip)

– Každá druhá dlaždica sa zrkadlovo prevráti– Môže viesť k lepšej (atomickej) spojitosti textúry

• najbližší texel (clamp, clamp to edge)– Odolnosť k numerickým chybám na okraji textúry

• explicitný okraj (border, clamp to border)– Zadaný explicitne alebo jedným riadkom/stĺpcom textúry

Opakovanie textúr (2)

repeat

mirror

Opakovanie textúr (3)

clamp border

Mapping (1)• priradenie konkrétneho bodu 2D textúry na povrch 3D objektu• Funkcia dvojrozmernej textúry, reprezentovanej tabuľkou,

resp. obrázkovým súborom• T : DT → HT ,DT C R2 zodpovedá tomu, čo je na textúre. • inak povedané dvojrozmerným súradniciam^2 na vstupe

priraďuje farbu (alebo inú vlastnosť) na výstupe• mapovacia funkcia M : DM → DT ,DM C R3 určuje spôsob

mapovania (nalepovania) textúry na objekt • funkciu M volíme podľa telesa, na ktoré ideme textúru

mapovať.

Mapping (2)

schéma mapovania textúrfotografia predstavuje v našom prípade dvojrozmernú textúru, v ktorej máme zadefinované dvojrozmerné súradnice

Mapping (3)

• pre priestorové súradnice (x,y,z) sa pomocou funkcie M vyráta textúrova súradnica (u,v)

• funkcia T potom k textúrovej súradnici priradí farbu (prípadne inú vlastnosť v závislosti na textúre)

UV mapping (1)

• proces nanášania obrázkovej teda 2D textúry na objekt pomocou UV editora, tak pripravíme model na otextúrovanie

• UV preto, lebo textúra je 2D a každý bod na nej sa dá reprezentovať dvoma vektormi u a v.

UV mapping (2)

Techniky mappingu• bump mapping – modulácia normály• viacprechodové spracovanie, multitexturing• enviroment mapping – okolité svetlo• virtual displacement mapping• mip-mapping a neizotropické filtrovanieň• gloss mapping (lesklá odrazivosť, moduluje odlesk)• light mapping (dark mapping) – osvetlenie• shadow mapping – predom spočítaný tieň

Bump Mapping

• rad techník a algoritmov umožňujúcich pomocov 2D textúr simulovať zakrivenie povrchu

• v offline, aj v realtime 3D aplikáciách • bez zvýšenia počtu polygónov simuluje náročnejší povrch• technika vhodná pre vytváranie povrchov ľahko nerovných

telies( golfová loptička, pomaranč)

Pôvodný Bump Mapping (1)

• Phongovo a Gouraudovo tieňovanie

• Jim Blinn v roku 1978

• čienobiela výšková mapa

Pôvodný Bump Mapping (2)

Emboss Bump Mapping (1)

• najmenej efektívny Bump Mapping

• posunutie, odčítanie, aplikovanie

• hodí sa prevažne na rovné plochy

Emboss Bump Mapping (2)

Environment Bump Mapping (1)• veľmi efektívna metóda• tri textúry:

– klasická textúra– bump mapa– environment mapa

• Environment Bump Mapping je realizovaná vždy v dvoch prechodoch

Environment Bump Mapping (2)

Normal Bump Mapping (1)

• dnes najrozšírenejším typom Bump Mappingu

• pracuje čisto na per-pixel úrovni

• umožňuje obrovskú škálu efektov

• využíva už 24-bitovou textúru

Normal Bump Mapping (2)

Virtual Displacement Mapping (1)

• nepravý, tzv. virtuálny Displacement mapping

• známy tiež ako offset mapping alebo parallax mapping.

Virtual Displacement Mapping (2)

• ide o pokročilú techniku Bump Mappingu• svojím spôsobom síce rieši rovnaký problém, ale pomocou

kompletne odlišnej metódy• skutočná geometria objektu je stále nedotknutá • spôsobuje paralaxné posuny, ktoré pri pohybe kamery nad

textúrou vytvárajú dojem väčšej plastičnosti než pri použití obyčajného normálového mapovania

• problém = pri pozorovaní z väčších uhlov sa efekt VDM stráca a vrhané tiene sú tiež nezmenené.

Virtual Displacement Mapping (3)

Light mapping• mapovanie svetelných textúr• nazývané taktiež aj texture baking• metóda vzorkovania objektov pred renderovaním a ukladania

výsledkov pre budúce použitie • textúry, ktoré voláme light maps, sú zvyčajne používané v

počítačových hrách a v interaktívnych vizualizačných aplikáciách.

• v Mental Ray je veľmi flexibilný a môže byť upravený na light map shader

• light map rendrovanie zapisuje výsledok do štandardných textúrových súborov, ktoré sú aplikovateľné v Mental Ray a v ostatných grafických programoch ale sú obzvlášť užitočné pre hardware rendering

Multitexturing

• mapovanie, ktoré použiva viac ako jednu textúru v čase na polygóne.

• príklady multitexturingu1. untextured sphere

2. texture and bump maps

3. texture map only

4. opacity and texture maps

Mipmapping

• MIP = Multum In Parvo (mnoho v malom)• nižšia verzia rozlíšenia textúrovej mapy. Mnoho mipmáp

môže vytvárať z originálnej textúry mapu• mipmapy sú používané na textúrovanie objektu, ktorý

nepotrebuje originálne textúrové mapy, obyčajne objekt je ďaleko od kamery, a preto je potrebných menej detailov

• proces, ktorý sa používa na vytváranie mipmáp je podobný k filtrovaniu, v ktorom sú pixely blendované spolu, čím získame nižšie rozlíšenie.

• dnes sa používa na antialiasing textúr

Wrapping• v počítačovej grafike je wrapping proces ohraničenia pozície

v oblasti• wrapping používaný v 3D počítačovej grafike na opakovanie

textúry cez polygón, vylučujúci potrebu veľkých textúr alebo mnohonásobných polygónov

Jednotlivé metódy wrappovania

• Cube

• Cylinder

• Sphere

• LSCM

• Bounds

• Standard

• From Window

Zhrnutie

• touto prezentáciou sme vám chceli ozrejmiť základné termíny z oblasti textúrovania

• dúfame, že ste sa niečo naučili a že sa tešíte na ukážky v programe 3D Studio Max a na objasnenie Solid Texture Synthesis from 2D exemplars