姚明,81年,97年开始接触电脑,6年的编程学习经历, 曾有4年工作经验,最终转向基础理论学习和研究, 现华中理工科技大学在读,有志于图形学领域工作发展

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法向映射

 

Normal mapping used to re-detail simplified meshes.
Normal mapping used to re-detail simplified meshes.

三维计算机图形学中,法向映射凸凹纹理映射技术的一种应用,法向映射有时也称为“Dot3 凸凹纹理映射”。 凸凹与纹理映射通常是在现有的模型法向添加扰动不同,法向映射要完全更新法向。与凸凹纹理映射类似的是,它也是用来在不增加多边形的情况下在浓淡效果中添加细节。但是凸凹纹理映射通常根据一个单独的灰度图像通道进行计算,而法向映射的数据源图像通常是从更加细致版本的物体得到的多通道图像,即红、绿、蓝通道都是作为一个单独的颜色对待。

法向映射通常有两个变体,即物体空间与 tangent-space 法向映射,它们的不同之处在于法向测量与储存所用坐标系统。

这项技术的一个有趣的应用是使用高分辨率模型的法向映射表大幅度地提高 low poly 模型的显示效果。尽管这种利用该分辨率模型细节创建位移映射取代非均匀有理B样条的方法早在 1996 年由 Krishnamurthy 与 Levoy 在 Proc. SIGGRAPH 1996 的文章“在密集多边形网格上使用光滑曲面”中已经提出,但是直到后来才开始用到更加普通的三角形网格。1998 年另外两篇论文提出了从高分辨率向低分辨率多边形网格转换细节作为法向映射的论文:Cohen et al. 在 SIGGRAPH 1998 的“保留外观的简化”以及Cignoni et al. IEEE Visualization '98 在“在简化的网格上恢复属性值的通用方法”。第一篇论文提出了一个特殊的约束简化算法,在化简过程中跟踪如何将丢失的细节映射到简化的网格。第二篇论文提出了分离高低精度多边形网格的简单方法,以及不受低精度模型构建方法影响的丢失细节恢复方法。后一种方法及其变体目前仍然是目前大多数可用工具使用的方法之一。

目录

[编辑]工作原理

为了计算表面光照的朗伯值,从浓淡点到光源的单位向量与表面法线单位向量做点积,得到的结果就是光线在表面上的强度。其它的照明模型也都涉及到与法向向量做点积。假设有一个球体的多边形模型只能近似表示曲面形状。通过在模型上应用RGB位图纹理,就可以对更加细致的法线向量进行编码。位图中的每一个通道即红色、绿色、蓝色通道都对应于一个空间尺度 X、Y、Z,这些空间尺度与物体空间法向图的固定的坐标系统相关,或者与 tangenet 空间法向图场合中根据位置相对于纹理坐标平滑变化的坐标系统相关。这使得模型表面更加细致,尤其是与先进的光照技术一起使用的时候更是如此。

在 Valve Source 引擎及 nVidia 硬件卡等法向图最常见的实现中,当从右侧照射的时候红色通道是材料的 relief,当从下部照射的时候绿色是的 relief,当从正面照射的时候蓝色通道是材料的

[编辑]法向映射在计算机娱乐中的应用

交互式法向映射最初只能在北卡莱罗纳大学 Chapel Hill建造的并行图形机器上进行渲染,后来逐渐可以在高端的 SGI 工作站上用多次渲染以或者帧缓冲操作进行法向映射,以及在低端个人计算机硬件上用调色板纹理这样的技巧实现。但是,随着家用电脑以及游戏终端的处理计算能力的不断增强以及功能越来越复杂,法向映射逐渐通过一些鲜活的计算机游戏步入大众的视野,这些游戏包括:Far Cry (Crytek), Deus Ex: Invisible War (Eidos Interactive), Thief: Deadly Shadows (Eidos Interactive), The Chronicles of Riddick: Escape from Butcher Bay (Vivendi Universal), Halo 2 (Microsoft), Doom 3 (id Software), Half-Life 2 (Valve Software), Call of Duty 2 (Activision), 以及 Tom Clancy\'s Splinter Cell: Chaos Theory (Ubisoft)。在即将推出的 Unreal engine (Epic Games) 中也大量地使用了这项技术。法向映射在视频游戏设计中的流行源自于同时具有的出色图形质量以及与生成类似效果的其它方法相比所需的较少资源。较少的处理资源要求就可以转变成性能的提升,并且使得按照距离索引细节缩放这种降低纹理法向图细节的技术成为可能,基本上这就意味着距离越远所需的光照模拟复杂性越低,这样就可以减少处理工作,而且能够保持与近距纹理同样的细节层次。

目前,法向映射已经在个人电脑以及游戏终端上得到成功而广泛的应邀。最初,微软的 Xbox 是唯一完全支持这种效果的家庭游戏终端,其它一些终端由于硬件上不能直接支持者中功能所以只能通过软件实现。如 Xbox360 这样的下一代终端的开发人员严重依赖于法向映射的技术,并且已经开始着手实现视差映射技术。

[编辑]参考文献

[编辑]外部链接

[编辑]参考文献

posted on 2008-01-01 08:37 姚明 阅读(1019) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: 图形学

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