Mapeo de relieve: Mapeo de relieve: exploración de la profundidad en visión por computadora

Por Fouad Sabry

¿Qué es el mapeo de relieve?

Crear la apariencia de bultos y arrugas en la superficie de un objeto es el objetivo de la técnica de mapeo de textura conocida como mapeo de relieve, que se utiliza en gráficos por computadora. Esto se puede lograr perturbando las normales de la superficie del objeto y luego utilizando la normal perturbada en los cálculos que se realizan para la iluminación. El resultado final es una superficie que parece irregular en lugar de lisa, a pesar de que la superficie del objeto en el que se está trabajando permanece sin cambios. En 1978, James Blinn sentó las bases para el concepto de mapeo de relieve.

Cómo se beneficiará

(I) Información y validaciones sobre lo siguiente temas:

Capítulo 1: Mapeo de relieve

Capítulo 2: Mapeo de textura

Capítulo 3: Mapeo normal

Capítulo 4: Per- iluminación de píxeles

Capítulo 5: Mapa de altura

Capítulo 6: Autosombreado

Capítulo 7: Mapeo de desplazamiento

Capítulo 8: Detección de colisiones

Capítulo 9: Sombreado Gouraud

Capítulo 10: Sombreado Phong

(II) Respondiendo a las principales preguntas del público sobre el mapeo de relieve.

(III) Ejemplos del mundo real sobre el uso de mapas de relieve en muchos campos.

Para quién es este libro

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas , aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de Bump Mapping.

 

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 5 may 2024

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Capítulo 1: Mapeo de relieve

Mapeo de relieve

La asignación normal es el tipo más frecuente de asignación de relieve.

El mapeo de relieve es una técnica de gráficos por ordenador que simula desplazamientos menores de la superficie para que la superficie mostrada parezca más realista. Sin embargo, a diferencia de la representación cartográfica de desplazamiento, la geometría de la superficie no se altera. En su lugar, solo se ajusta la normal de superficie para simular un desplazamiento. La normal de superficie modificada se utiliza para los cálculos de iluminación (utilizando, por ejemplo, el modelo de reflexión de Phong), lo que da como resultado una superficie que parece detallada en lugar de lisa.

La asignación de relieve es significativamente más rápida y utiliza menos recursos que la asignación de desplazamiento para obtener el mismo grado de detalle, ya que la geometría permanece inalterada.

Además de potenciar la sensación de profundidad, existen extensiones que alteran otras características superficiales. La asignación de horizonte y la asignación de paralaje son dos de estas extensiones. Por lo tanto, las siluetas y las sombras no cambian, lo que es particularmente evidente para desplazamientos simulados más grandes. Esta restricción se puede eludir mediante el uso de técnicas como el mapeo de desplazamiento en el que se colocan protuberancias en la superficie o en una isosuperficie.

Hay dos técnicas básicas de mapeo de relieve. El primer método simula el desplazamiento de la superficie mediante un mapa de altura, lo que da como resultado una normal cambiada. Esta es la técnica desarrollada por Blinn y normalmente se conoce como mapeo de relieve, a menos que se indique 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 de un objeto, se asigna la superficie del objeto:

Consulte la altura en el mapa de alturas que corresponde a la ubicación de la superficie.

Calcule la normal de superficie del mapa de alturas, a menudo utilizando el método de diferencias finitas.

Combine la normal de superficie del segundo paso con la normal de superficie genuina (geométrica) de modo que la normal combinada apunte en una dirección diferente.

Calcule la interacción entre la nueva superficie irregular y las luces de escena utilizando un modelo como el modelo de reflexión de Phong.

Como resultado, la superficie parece tener profundidad real. El programa también garantiza que la apariencia de la superficie cambie a medida que se manipula la iluminación de la escena.

La forma alternativa es especificar un mapa de normales con la normal actualizada para cada punto de superficie. Dado que la normal se suministra directamente en lugar de calcularse a partir de un mapa de altura, esta técnica suele producir resultados más predecibles. Esto simplifica el proceso para los artistas, convirtiéndolo en la forma más frecuente de mapeo de relieve en la actualidad.

Los programadores de gráficos 3D en tiempo real emplean con frecuencia variantes del enfoque para replicar el mapeo de relieve a un costo computacional reducido.

Un método popular consistía en utilizar una geometría fija, que permite la aplicación de la superficie del mapa de alturas normal prácticamente directamente. Junto con una tabla de búsqueda precalculada para los cálculos de iluminación, el método podría implementarse con un bucle muy simple y rápido, lo que permite efectos de pantalla completa. Esta técnica prevaleció cuando se desarrolló por primera vez el mapeo de relieve.

{Fin del capítulo 1}

Capítulo 2: Mapeo de texturas

El mapeo de texturas es una técnica utilizada para mapear una textura en una imagen generada por computadora. En este contexto, la textura puede ser un detalle de alta frecuencia, una textura de superficie o un color.

En 1974, Edwin Catmull desarrolló la primera versión del método.

El mapeo de texturas inicialmente se refería al mapeo difuso, un método que simplemente mapeaba los píxeles de una textura en una superficie 3D (envolviendo la imagen alrededor del objeto). En las últimas décadas, el advenimiento del renderizado de múltiples pasadas, el multitexturizado, los mapas MIP y los mapeos más complejos, como el mapeo de altura, el mapeo de relieve, el mapeo normal, el mapeo de desplazamiento, el mapeo de reflexión, el mapeo especular, el mapeo de oclusión y muchas variaciones de la técnica (controladas por un sistema de materiales) han hecho posible simular casi fotorrealismo en tiempo real al reducir drásticamente el número de polígonos y los cálculos de iluminación necesarios para construir una escena.

Un mapa de superficie Puede ser un mapa de bits o una textura generada. Se pueden guardar en formatos de archivo de imagen estándar, hacer referencia a ellos