Was die Unterschiede zwischen Bump, Normal und Displacement Maps sind.

Sie sind auf dem besten Weg ein Meister in der Gestaltung von Texturen für ihre 3D-Assets zu werden oder tun Sie sich aktuell noch ein wenig schwer? Wenn Letzteres zutrifft, machen Sie sich nichts daraus. Viele Designer, die noch relativ neu in der Texturierung oder 3D im Allgemeinen sind, reagieren häufig verwirrt, wenn Sie zum ersten Mal auf Bump-, Normal- und Displacement-Maps stoßen. Jede dieser drei Arten von Maps erzeugt etwas, das wie zusätzliche Auflösung oder Details auf der Oberfläche der Geometrie aussieht. Einige dieser Details sind echt und andere nicht. In diesem Artikel werden wir in jede dieser drei Maps eintauchen und erfahren, was jede Map tut und was sie nicht tut. Außerdem haben Sie ein besseres Verständnis für die Stärken und Schwächen der einzelnen Map-Typen.

Das folgende Video vermittelt Grundkenntnisse zur beschriebenen Thematik am Beispiel von AutoCAD:

Bump Maps.

Eine Bump Map gehört zu den älteren Map-Typen, die wir uns heute ansehen werden. Das erste, was Sie über Bump Maps verstehen sollten, ist, dass die Details, die Sie erzeugen, manipuliert sind. Mit einem ganz einfachen Lichttrick erzeugen Bump Maps eine Illusion der Tiefe auf der Oberfläche eines Modells. Durch eine Bump-Map wird nicht die Auflösung eines Modells verbessert. Typischerweise sind Bump-Maps Graustufenbilder, die auf 8 Bit Farbinformationen beschränkt sind. Das sind nur 256 verschiedene Farben von schwarz, grau oder weiß. Diese Werte in einer Bump-Map werden verwendet, um der 3D-Software grundsätzlich zwei Dinge mitzuteilen. hoch oder runter. Wenn die Werte in einer Bump-Map annähernd grau sind, gibt es nur wenige bis gar keine Details, die auf der Oberfläche sichtbar werden. Wenn die Werte heller werden und sich auf den Weg Richtung weiß machen, scheinen sich Details aus der Oberfläche herauszuziehen. Im Gegensatz dazu scheinen die Werte, wenn Sie dunkler werden näher an schwarz heranzukommen und in die Oberfläche zu drängen.

Bump Maps sind wirklich großartig, um winzige Details auf einem Modell zu erzeugen. Zum Beispiel Poren oder Falten auf der Haut. Sie sind auch relativ einfach in einer 2D-Anwendung wie Photoshop zu erstellen und zu bearbeiten, wenn man bedenkt, dass Sie nur Graustufenwerte verwenden. Das Problem mit Bump Maps ist, dass sie ziemlich leicht brechen, wenn die Kamera sie aus dem falschen Winkel betrachtet. Da es sich bei dem von ihnen erstellten Detail um eine Fälschung handelt und keine echte Auflösung hinzugefügt wird, wird die Silhouette der Geometrie, auf die die Bump Map angewendet wird, von der Karte immer unberührt bleiben.

Normal Maps.

Normal Maps können als eine neuere, bessere Art der Bump-Map bezeichnet werden. Wie bei Bump Maps ist das erste, was Sie über Normal Maps verstehen müssen, dass die Details, die sie erzeugen, auch manipuliert sind. Es gibt keine zusätzliche Auflösung, die der Geometrie in ihrer Szene hinzugefügt wird. Am Ende erzeugt eine Normal Map zwar die Illusion von Tiefendetails auf der Oberfläche eines Modells, aber sie macht es anders als eine Bump-Map. Wie wir bereits wissen, verwendet eine Bump-Map Graustufenwerte, um entweder Informationen nach oben oder nach unten zu liefern. Eine Normal Map verwendet RGB-Informationen, die direkt mit der X-, Y- und Z-Achse im 3D-Raum korrespondieren. Diese RGB-Information teilt der 3D-Anwendung mit, in welche Richtung die Flächen-Normals für jedes einzelne Polygon genau ausgerichtet sind. Die Orientierung der Flächen-Normals, oft nur als Normals bezeichnet, gibt der 3D-Anwendung vor, wie das Polygon schattiert werden soll. Wenn Sie sich mit Normal Maps vertraut machen, sollten Sie wissen, dass es zwei völlig verschiedene Arten von Maps gibt. Diese beiden Typen sehen völlig unterschiedlich aus, wenn Sie im 2D-Raum betrachtet werden. Die am häufigsten verwendete Map wird als Tangent Space Normal Map bezeichnet und ist eine Mischung aus violetten und blauen Farben. Diese Maps eignen sich am besten für Meshes, die sich während der Animation verformen müssen. Tangent Space Normal Maps sind großartig für Dinge wie Charaktere. Für Assets, die nicht deformiert werden müssen, wird oft eine Object Space Normal Map verwendet. Diese Maps haben ein Regenbogen-Sortiment in verschiedenen Farben sowie eine leicht verbesserte Performance gegenüber Tangent Space Maps. Es gibt definitiv einige Dinge, die Sie beachten müssen, wenn Sie eine normal Map verwenden wollen. Im Gegensatz zu einer Bump-Map können diese Map-Typen in einer 2D-Software wie Photoshop sehr schwierig zu erstellen oder zu bearbeiten sein. Wahrscheinlich werden Sie eine Normal Map mit einer hochauflösenden Version ihres Mesh erstellen. Es gibt jedoch einige Ausnahmen für die Bearbeitung dieser Map-Typen. MARI zum Beispiel hat die Fähigkeit, die Art der Normal Information auf der Oberfläche, die wir in einer Normal Map sehen, zu malen. Wenn es um den Support geht, sind normal Maps in den meisten Pipelines recht gut integriert. Im Gegensatz zu einer Bump-Map gibt es Ausnahmen von dieser Regel. Eines davon wäre das Design von Handyspielen. Erst in jüngerer Zeit hat sich die Hardware soweit entwickelt, dass Handyspiele allmählich ein normales Mapping in ihre Pipelines übernehmen.

Displacement Maps.

Wenn es darum, zusätzliche Details für ihre Meshes mit niedriger Auflösung zu erstellen, sind Displacement Maps der Schlüssel dazu. Diese Map-Typen verdrängen physisch das Mesh, auf das sie angewendet werden. Damit Details auf der Grundlage einer Displacement Map erstellt werden können, muss das Mesh in der Regel unterteilt oder tesseliert werden, damit eine reale Geometrie erzeugt wird. Das Tolle an Displacement Maps ist, dass sie entweder aus einem hochauflösenden Modell gebaked oder von Hand bemalt werden können. Wie eine Bump-Map besteht auch eine Displacement-Map aus Graustufenwerten. Sie können natürlich eine 8-Bit-Displacement Map verwenden, aber Sie werden fast immer bessere Ergebnisse erzielen, wenn Sie eine 16- oder 32-Bit- Displacement-Map verwenden. Während 8-Bit-Dateien im 2D-Raum gut aussehen können, werden Sie bei der Übertragung in 3D aufgrund des ungenügenden Wertebereichs manchmal zu Banding oder anderen Artefakten führen. Displacement Maps haben natürlich aber auch Nachteile. Die Erstellung all dieser zusätzlichen Geometrien in Echtzeit ist extrem schwierig und recht komplex für ihr System. Aus diesem Grund berechnen die meisten 3D-Anwendungen die endgültigen Displacement-Ergebnisse während der Renderzeit. Im Vergleich zu Bump- und Normal Maps wird eine Displacement Map auch eine signifikante Zeitersparnis mit sich bringen. Aufgrund dieser zusätzlichen Geometrie ist es schwierig, die Ergebnisse einer Displacement Map zu übertreffen. Da die Oberfläche tatsächlich modifiziert wird, spiegelt die Silhouette die zusätzliche Geometrie wieder. Bevor Sie sich für eine Displacement Map entscheiden, sollten Sie immer die Kosten einer Displacement Map gegen den Zusatznutzen abwägen.

Alle drei Maps gemeinsam verwenden.

In einigen Fällen kann es möglich sein, dass Sie entweder eine Bump- oder Normal-Map mit einer Displacement-Map auf demselben Asset kombinieren können. Der beste Weg dafür wäre, die Displacement Map für große Änderungen an der Geometrie und die Normal und Bump Map für die feinen Details zu nutzen. Unabhängig davon für welche Map Sie sich entscheiden, wird das Verständnis wie jede Map funktioniert und ihre Stärken als auch Schwächen ihnen die Entscheidung erleichtern. Letztendlich sollte die ausgewählte Map, diejenige sein, die am besten zu den Rahmenbedingungen des Szenarios passt, mit dem Sie sich gerade beschäftigen.