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Mapeo de relieve

Una esfera sin mapeado de relieve (izquierda). Un mapa de relieve para aplicar a la esfera (centro). La esfera con el mapa de relieve aplicado (derecha) presenta una superficie ...

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Una esfera sin mapeado de relieve (izquierda). Un mapa de relieve para aplicar a la esfera (centro). La esfera con el mapa de relieve aplicado (derecha) presenta una superficie moteada similar a la de una naranja . Los mapas de relieve logran este efecto al modificar la forma en que una superficie iluminada reacciona a la luz, sin alterar su tamaño ni su forma.

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

Principios

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

El mapeo de relieve es una técnica de gráficos por computadora que permite que una superficie renderizada luzca más realista mediante la simulación de pequeños desplazamientos. Sin embargo, a diferencia del mapeo de desplazamiento , la geometría de la superficie no se modifica. En su lugar, solo se modifica la normal de la superficie, como si esta se hubiera desplazado. Esta normal modificada se utiliza posteriormente para los cálculos de iluminación (por ejemplo, mediante el modelo de reflexión de Phong ), lo que genera una apariencia de detalle en lugar de una superficie lisa.

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, ya que la geometría permanece inalterada.

También existen extensiones que modifican otras características de la superficie además de aumentar la sensación de profundidad. El mapeo de paralaje y el mapeo de horizonte son dos ejemplos de estas extensiones. [ 3 ]

La principal limitación del mapeo de relieve es que solo altera las normales de la superficie sin modificar la superficie subyacente. [ 4 ] Por lo tanto, las siluetas y las sombras permanecen inalteradas, lo cual resulta especialmente notorio para desplazamientos simulados de mayor magnitud. Esta limitación puede superarse mediante técnicas como el mapeo de desplazamiento, donde se aplican relieves a la superficie, o mediante el uso de una isosuperficie .

Métodos

Existen dos métodos principales para realizar el mapeo de relieve. El primero utiliza un mapa de alturas para simular el desplazamiento de la superficie, lo que produce la normal modificada. Este es el método inventado por Blinn [ 2 ] y es generalmente lo que se conoce como mapeo de relieve, a menos que se especifique lo contrario. 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. Consulta en el mapa de alturas la altura que corresponde a la posición en la superficie.
  2. Calcula la normal de la superficie del mapa de alturas, normalmente utilizando el método de diferencias finitas .
  3. Combina la normal de la superficie del paso dos con la normal de la superficie verdadera ("geométrica") de manera que la normal combinada apunte en una nueva dirección.
  4. Calcula la interacción de la nueva superficie "irregular" con las luces de la escena utilizando, por ejemplo, el modelo de reflexión de Phong .

El resultado es una superficie que aparenta 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 de normales que contenga la normal modificada para cada punto de la superficie directamente. Dado que la normal se especifica directamente en lugar de derivarse de un mapa de alturas, este método suele generar resultados más predecibles. Esto facilita el trabajo de los artistas, convirtiéndolo en el método más común de mapeo de relieve en la actualidad. [ 5 ]

Técnicas de mapeo de relieve en tiempo real

Ejemplo de mapeo de relieve simulado en tiempo real. De izquierda a derecha:
  1. Mapa de bits de superficie, intencionalmente borroso,
  2. mapa de bits de fuente de luz,
  3. Efecto de mapeo de relieve con fuente de luz orbital1=incógnita2+y2/incógnita2{\displaystyle 1=x^{2}+y^{2}/x^{2}}trayectoria.

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

Una forma típica consistía en usar una geometría fija, lo que permitía utilizar la normal de la superficie del mapa de alturas casi directamente. Combinado con una tabla de consulta precalculada para los cálculos de iluminación, el método podía implementarse 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. 1 2 Blinn, James F. "Simulación de superficies arrugadas" , Computer Graphics, Vol. 12 (3), pp. 286-292 SIGGRAPH -ACM (agosto de 1978)
  3. ↑ Lengyel, Eric (julio de 2019). Fundamentos del desarrollo de motores de juegos, volumen 2: renderizado . Terathon Software LLC. ISBN 978-0-9858117-5-4.
  4. ^ 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)
  5. ↑ Mikkelsen, Morten (2008). "Simulación de superficies arrugadas: una revisión" (PDF) . pág. 7 (Sección 2.2). Archivado (PDF) del original el 26 de mayo de 2019. Recuperado el 5 de agosto de 2011 . 
  • Sombreado de relieve para texturas volumétricas , Max, NL, Becker, BG, Computer Graphics and Applications, IEEE, julio de 1994, volumen 14, número 4, páginas 18-20, 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 ( applet de Java )