normal map что такое

Это норма — 3: типы карт нормалей

Как и многие другие вещи в нашей отрасли, за многие годы карты нормалей эволюционировали, и сегодня существует несколько их типов, которые могут выглядеть по-разному. В статье я перечислю те, которые помню, но, возможно, существуют и другие.

Карта нормалей касательного пространства (Tangent space normal map): самый распространённый сегодня тип карт нормалей; именно о нём мы говорили в предыдущих статьях. Он модифицирует направление нормалей модели на основании направления нормалей её вершин (то есть нам нужно контролировать нормали вершин lowpoly-модели).

Карта нормалей касательного пространства Mikk (Mikk tangent space normal map). Не все 3D-редакторы вычисляют среднее нормалей вершин одинаково. Это приводит к тому, что в разных движках внешний вид карт нормалей отличается, поэтому нам нужно запекать карту нормалей при помощи того же способа, который использует программа рендеринга (это называется «использовать синхронизированный рабочий процесс (synched workflow)»)

Mikk предложил способ вычисления нормалей вершин, который должен был стать универсальным, чтобы все программы вычисляли их одинаково. С точки зрения рабочего процесса это означает, что можно использовать низкополигональную модель (lowpoly) со всеми её усреднёнными нормалями (с одной группой сглаживания (smoothing group) или со сглаживанием всех граней), запечь карту нормалей в касательном пространстве Mikk, и это будет выглядеть точно так же, как высокополигональная модель (highpoly), без необходимости устранения ошибок сглаживания или отделения жёстких граней в UV. В будущем я напишу туториал о том, как это делается.

Помните, что это всё равно карта нормалей касательного пространства, но нормали модели вычисляются универсальным способом и модели можно использовать в разных программах.

Двухканальная карта нормалей касательного пространства (2-channel tangent space normal map): оказывается, что при помощи информации, хранящейся в двух из трёх каналов карты нормалей, компьютер может вычислить третий, снизив занимаемый объём памяти ценой увеличения количества вычислений. Так как обычно в большем дефиците находится память, такая оптимизация используется часто и некоторые движки выполняют её автоматически (например, Unreal Engine, когда мы устанавливаем для сжатия нормалей текстуры параметр «normal map»). Освободив один канал карты нормалей, мы можем уменьшить размер текстуры или использовать этот канал для metalness/roughness/opacity…

Обычно устраняют синий канал карты нормалей, поэтому такие текстуры выглядят жёлтыми. Так как эта оптимизация иногда выполняется некоторыми движками автоматически, вы можете замечать такие текстуры в своём проекте.

Карта нормалей мирового пространства (World space normal map): эта карта нормалей вместо того, чтобы модифицировать направление нормалей вершин, полностью их игнорирует и меняет способ отражения света lowpoly-моделью в мировом пространстве (world space) (при запекании она считает, что нормали вершин параллельны осям мира).

Можно сказать, что карта нормалей касательного пространства сообщает модели «ты должна отразить свет вправо», а карта нормалей мирового пространства — «ты должна отразить свет на восток».

Такие карты нормалей более разноцветные и в них больше заметных градиентов; их использовали, потому что в таком случае не нужно думать о нормалях вершин lowpoly, но у них есть недостаток — нельзя двигать модель, потому что она будет выглядеть странно (мы устанавливаем грань так, чтобы она всегда отражала свет на восток. Если повернуть её, то грань продолжит отражать свет на восток.).

Сегодня карты нормалей мирового пространства используются в играх очень редко, но их всё равно можно применять для создания красивых текстур, например, синий канал показывает, как модель должна отражать свет, падающий сверху модели, поэтому можно использовать его, чтобы добавить к текстуре цветное освещение.

Стоит также помнить, что мировые координаты в разных приложениях реализованы по-разному: в Unreal, 3D Studio Max, Blender вверх направлена ось Z, а в Maya, Modo и Cinema4D — ось Y. Это значит, что при переносе между приложениями карты нормалей мирового пространства могут портиться.

Карта нормалей пространства объекта (Object space normal map): это улучшенная версия предыдущего типа карт, и она очень на него похожа. Идея заключается в том, что при перемещении модели в мире её карта нормалей мирового пространства должна переориентироваться относительно объекта.

Это можно описать как «эта грань должна отражать свет вправо от модели». Если поворачивать модель в мире, то карта нормалей должна изменяться в соответствии с этими изменениями. Однако это не работает с деформируемыми мешами, потому что в таких картах учитывается только перемещение объекта. Именно по этой причине сегодня наиболее распространены карты нормалей касательного пространства.

Наклонные карты нормалей (Bent normal maps): по сути, в них сочетается информация AO и карты нормалей, наклоняющая направления нормалей так, чтобы свет стремился отражаться к тем частям модели, на которые попадает свет.

Такие карты используются для улучшения Ambient Oclussion и чтобы избежать эффекта под названием «утечка света» (light leaking), при котором модель может отражать свет теми частями, которых он не может достичь. Лично я никогда ими не пользовался, но исследовал бы их возможности, если бы столкнулся с заметной «утечкой света». Более подробную информацию можно найти здесь, здесь и здесь.

16-битные карты нормалей (16 bit normal maps): иногда, когда на карте нормалей присутствует очень плавный градиент, мы можем замечать появление полос. Эти полосы возникают из-за нехватки цветов для представления плавного градиента, обычно вызванной сжатием текстур.

Узнать больше о 16-битных картах нормалей можно у самого бога туториалов — Earthquake.

Следует также учитывать, что для уменьшения последствий этой проблемы существуют и другие техники, например, полное устранение карт нормалей (для представления этой плавной поверхности используется только геометрия), преобразование lowpoly так, чтобы она была более похожа на highpoly, чтобы градиенты оказались менее заметны, или использование дизеринга.

Так какой же из типов мы должны использовать?

В 90% случаев наилучшим решением являются карты нормалей касательного пространства Mikk. В отличие от вариантов с использованием карт нормалей пространства мира или объекта, модель сможет деформироваться, а направление нормалей останется правильным.

Следует запекать карту нормалей в том же касательном пространстве, что и в программе рендеринга. Наиболее распространённое касательное пространство — это Mikk, так что по возможности используйте его.

Если же на вашей карте нормалей появляется пикселизация, подумайте над использованием 16-карт нормалей или одного из упомянутых выше решений.

По сути, это все типы карт нормалей, которые я смог вспомнить. Если вам известны какие-то другие типы, то сообщите мне о них, и я добавлю их в этот туториал!

Благодарю за прочтение, надеюсь, статья была вам полезна. Спасибо Shnya за комментарии и помощь.

Источник

Это норма — 5: различные способы создания карт нормалей

Существует множество способов создания и применения карт нормалей. Давайте рассмотрим известные мне способы их изготовления.

Не существует единственного правильного решения для каждой ситуации, я лично пользуюсь несколькими техниками, в зависимости от проекта, количества времени, требуемой производительности и т.д., и чаще всего они взаимозаменяемы. Я попытаюсь объяснить достоинства и недостатки каждого способа, но во многих случаях они будут очень схожими.

Предыдущие части:

Совершенно гладкие lowpoly

При таком способе все нормали низкополигональной модели усредняются: все рёбра считаются плавными или имеют одну группу сглаживания (smoothing group).

Это означает, что всю работу должна выполнять карта нормалей. Lowpoly-модель обычно сильно отличается от highpoly-модели, пока не будут наложены карты нормалей.

Основное преимущество этого способа — он очень прост для художников: не нужно заниматься разделением UV-островов, настраивать плавность модели или модифицировать нормали lowpoly. Достаточно создать lowpoly и highpoly, сгладить lowpoly и нажать на кнопку «Запечь».

Однако такой подход имеет некоторые недостатки:

Модели с острыми рёбрами (с настроенными smoothing groups/hard edges)

При такой методике мы разделяем нормали некоторых вершин, задавая группы сглаживания или выбирая резкие рёбра. Некоторые люди любят настраивать остроту рёбер при помощи угла (обычно 30, 45 и 60º), но я предпочитаю задавать их вручную (параллельно думая о том, где будут находиться швы UV-развёртки).

Помните, что когда в модели есть острое ребро, UV должна быть разделена, чтобы избежать видимых линий вдоль рёбер на карте нормалей.

На плоских поверхностях мы можем использовать острые рёбра для привязки нормалей lowpoly к твердотельной (hard surface) модели. Если поверхности lowpoly и highpoly полностью совпадают (т.е. они обе плоские), то карта нормалей в этой области будет плоской, благодаря чему можно без проблем добавлять и удалять детали карты нормалей на текстуре.

Лично я использую этот метод чаще всего (потому что мне кажется, что у меня больше контроля и вариантов выбора, если что-то будет выглядеть некрасиво); и особенно когда есть жёсткие ограничения. В последнее время я старался не использовать их на некоторых твердотельных моделях, потому что им требуется множество острых рёбер, что увеличивает количество UV-островов и усложняет работу с ними.

Работа с настраиваемыми нормалями (и использование midpoly)

Существуют способы непосредственного изменения нормалей lowpoly-модели, но не во всех 3D-редакторах есть эта возможность и они довольно сильно различаются. Наиболее распространённый способ — использование взвешенных нормалей, благодаря которым программа автоматически переориентирует нормали в сторону более крупных граней. Ещё один способ модификации нормалей заключается в выборе грани и выравнивании нормалей её вершин с нормалью к грани, чтобы все они смотрели в направлении грани.

Важно правильно экспортировать, запекать и импортировать модели с настраиваемыми нормалями. Большинство 3D-движков понимает модели с настраиваемыми нормалями, однако по умолчанию эта опция обычно выключена.

Этот метод породил новый подход к моделированию под названием midpoly. Это скорее метод моделирования, а не текстурирования. В целом его смысл таков, что вместо генерирования деталей при помощи карт нормалей мы генерируем их, напрямую модифицируя нормали lowpoly.

При моделировании твердотельных моделей нам нужны большие гладкие поверхности с плавными переходами между ними (вместо резких рёбер, выглядящих менее реалистично). Мы можем получить схожий результат при помощи настраиваемых нормалей:

Сначала мы добавляем на ребро фаску (bevel), расположенную в месте перехода. Затем мы модифицируем нормали получившихся вершин так, чтобы они смотрели в сторону основных граней. При этом нормали lowpoly будут направлены к более крупным граням, а переход направлений нормалей будет ограничен ребром с фаской.

Настроив свою midpoly, мы можем комбинировать её с картами нормалей для удобного добавления деталей на плоских поверхностях. В зонах с фасками нормали сильно растягиваются, поэтому работа с картами нормалей в этих зонах вызывает сложности.

Вот сравнение трёх описанных в статье методов:

Другие методики и эксперименты

Существует ещё несколько методик, которые можно использовать для создания/применения карт нормалей. Я не буду в них углубляться, потому что сегодня они не так широко применяются, как описанные в статье, и я не особо с ними знаком.

Источник

Гайд по бейкингу. Важная теория: часть 2

В продолжение теории бейкинга. Теперь разберемся с картами нормалей, их типами и назначением. Но прежде всего определимся с понятиями нормали, кейджа и битности, чтобы в будущем избежать недопонимания.

Если просто, то это перпендикуляр к поверхности. По нему движок определяет, как от поверхности будет отражаться свет.

Луч света отражается от поверхности симметрично. Если луч падает под углом 45 градусов слева, он отразится под таким же углом и продолжит свое движение вправо.

Еще одна деталь: если две сшитых плоскости находятся под углом относительно друг друга, и их нормали смотрят строго перпендикулярно по отношению к плоскости — их стык будет жестким. Условно говоря, они будут выглядеть как две отдельные поверхности.

Еще нормали можно редактировать для достижения разных эффектов. Например, если изменить угол наклона вектора нормали определенным образом, жесткую грань на стыке двух плоскостей можно превратить в плавный угол.

Так, с помощью редактирования нормалей, можно симулировать трехмерные эффекты на плоскости. На этом принципе редактирования информации о нормалях объекта устроена работа normal map. Только в этом случае данные записываются в RGB текстуру и наносится на объект через материал.

Информация в карты нормалей перепекается с детализированного high poly объекта. Для этого нужны low poly версия модели и её high poly аналог. High poly зачастую отличается сглаженными углами и большей проработкой деталей. Всё зависит от ситуации, но для начала понимания этих различий будет достаточно.

Какую задачу выполняет Low poly модель при запекании? Помимо UV развертки, которая нужна для объяснения программе куда и какой элемент high poly модели запекать на карте нормалей, low poly используется для создания Cage.

Cage — это в какой-то степени копия Low poly модели, которая расширяется по нормалям объекта. Затем, из cage внутрь проецируются лучи, которые захватывают все high poly элементы, попавшие в зону cage, и перепекают их на карту нормалей.

Cage — лишь один из подходов к запеканию, в следующих статьях мы разберем другие способы и расскажем об их достоинствах и недостатках.

От битности зависит количество оттенков, которое может быть записано в изображении. 24-битное изображение может записать 8 бит, или 256 значений в каждый канал. 256 значений обычно достаточно для текстур типа diffuse, specular или gloss map, потому что они используют более широкий спектр цветов, и на них не нужно четко изображать слабые градиенты.

Если утрировать, битность определяет количество доступных промежуточных оттенков на изображении. Чем выше битность — тем больше доступно оттенков.

На практике это пригодится при отрисовке плавных переходов от одного цвета к другому. В следующих статьях мы разберем проблемы, которые может вызвать неправильная битность текстуры.

Самый распространенный тип карты нормалей. Она адаптирует направление нормалей вершин объекта, в зависимости от положения объекта в пространстве. Таким образом, нормали объекта отображаются корректно при любом его положении в пространстве. Из-за различий в алгоритмах отображения карт нормалей, Tangent Space Normal разделяется на два типа: DirectX и OpenGL.

Карта нормалей состоит из трех каналов — RGB. Это нужно для переноса информации о трех осях XYZ из трехмерного пространства в двухмерное пространство текстуры.

Если tangent space normal адаптирует направление нормалей вершин объекта в зависимости от положения объекта в пространстве, то world space normal записывает статичную информацию. Грубо говоря, если объект при запекании был повернут лицевой стороной на север, а позже ты повернешь его на восток, нормали начнут отображаться некорректно.

И хоть невозможно двигать объект в пространстве, у таких карт есть одно преимущество — при работе с ними не нужно думать о направленности нормалей объекта.

Их часто используют в текстурировании, так как они могут дать вводную информацию о том, как свет падает на объект. В Substance painter практически каждый генератор работает в том числе и на основе информации из карты World Space Normal.

Object Space Normal — это модифицированная версия World Space Normal. Она отличается тем, что адаптирует карту нормалей и меняет ее ориентацию при перемещении объекта в пространстве.

Из недостатков: карта не подходит для использования на деформирующихся объектах. Например, её невозможно будет корректно применять на стену с симуляцией разрушения, или на развевающуюся на ветру ткань.

Изогнутые карты нормалей сочетают в себе информацию из AO и normal map. Они помогают усилить работу карты ambient occlusion и нужны для большего контроля над отражаемым от объекта светом. Удобно использовать, если нет возможности подключить Screen Space Reflection.

Большинство из перечисленных карт встречается в работе очень редко, но знать о них нужно, если планируешь расти в 3D. Чаще всего все используют Tangent Space Normal в качестве карты нормалей и World Space Normal для текстурирования.

В следующей статье мы поговорим об особенностях работы с Normal map, расскажем, на что стоит обращать внимание и как избежать лишних телодвижений. Stay tuned.

Источник

Особенности применения карт нормалей

Целью написания данной статьи было желание разобраться в том, как работают карты нормалей, определить круг задач, которые можно решить их использованием, а также решить проблемы, возникающие при запекании карт нормалей.
В статью вошли как личные мнения, так и мнения множества людей, переводы и анализ статей.
Не считаю позиции, изложенные в статье, истиной в последней инстанции, это лишь попытка разобраться в сути проблемы. Буду рад конструктивной критике и дополнениям к идеям изложенным в статье.

Оглавление:

Технология работы КН

Возможности и ограничения КН

Основные факторы, влияющие на запекание КН

Методы проецирования лучей для запекания КН
«Averaged projection mesh» (Cage)

Решение часто возникающих проблем при запекании КН

Приложение – Записи по тестам.
Источники

Технология работы КН

Типы КН

World space, Object space, Tangent space. Типы отличаются в зависимости от координатной системы в которой зашифрованы нормали.

World Space

World Space КН очень похожи на Object Space, с различием в том, что они используют X, Y и Z мира (мировых координат) как свои. World Space радужные на вид. Т.к. карта зависит от мировых координат, художник не имеет возможности вращать модель, т.к. при этом разрушается освещение модели. Поэтому World Space можно использовать только для статичных объектов. Как и Object, Space World Space не могут иметь тайловую текстуру. (нужны оригинальные координаты)
В World space каждый пиксель текстуры отражает определенный угол в мире. Карта не редактируют нормали low poly а полностью переписывают их. (позволяет хорошо сгладить модель приближая её вид к хай поли)

Object Space КН

Object Space КН используют ориентацию модели как свои X, Y, and Z. Y наиболее часто используется как направленность «вверх», тогда как X – «слева», а Z – направление в котором направлена модель. На вид эти карты радужные т.к. они отображает нормали которые направлены в разные стороны (вместо 180градусов Tangent Space). Object Space могут использоваться для (жестких) вращающихся моделей и не могут иметь тайловую текстуру. (нужны оригинальные координаты)
В Object space каждый пиксель текстуры отражает определенный угол в мире, относительно pivot объекта. (если вращать объект угол будет вращаться с ним)

Tangent Space КН

Tangent Space КН используют текстурное координатное пространство, так что X и Y являются U и V текстурных координат, а Z нормаль поверхности. Эти карты большей мерой светло синие(127,127,255) т.к. синий канал отображает направление полигонов поверхности модели. red (X) и green (Y) каналы смещают это направление.
Tangent space каждый пиксель текстуры отражает нормали относительно нормалей низкополигональной модели. Карта редактируют нормали low poly.
Глядя на Tangent Space КН можно примерно определить, что в ней закодировано: светло-голубые пиксели (R 127, G 127, B 255) отображают нормали поверхности, направленные «спереди» (прямо из экрана). Розовые пиксели – нормали направленные направо. Зеленые – вверх. Фиолетовые – вниз. И темно синие\зеленые налево.

Алгоритмы создания КН

Для создание World space, Object space существует только один алгоритм создания карты. (исключая flip channels) Tangent Space более сложные и могут создаваться несколькими путями. Отображение модели будет результатом двух операций – кодирования в КН и расшифровки КН при рендере. Идеально эти калькуляции должны быть одинаковы, иначе можно получить ошибки отображения. К сожалению, нет единого стандарта в создании Tangent Space КН, каждая программа делает это по-своему, а игровые движки рендерят по-своему.
Не всегда можно угадать эти алгоритмы и подстроить пайплайн под конкретный движок.
Например Unreal – калькуляции не подходят ни к одному 3д приложению, но существуют техники способные улучшить отображение нормалей (шейдинга) в движке. (для лучшего результата можно экспортировать модель в fbx с флажком tangents and binormals.)
Например программа – handplane

Настройки осей для запекания КН в разных программах:

Maya, Marmoset, Unity should be X+Y+Z+ & Max, UDK, CryENGINE 3 should be X+Y-Z+.

Кодирование информации

Разница между High poly и Low-poly хранится в трех цветовых составляющих изображения (красной, зеленой и голубой). Цвет каждого пикселя кодирует информацию о том, в какую сторону была ориентирована нормаль детальной модели по отношению к нормали вершины низкополигональной модели в данной точке развертки. Красная и зеленая компоненты определяют отклонение нормали вправо/влево (X) и вверх/вниз (Y) соответственно. Голубая цветовая это «глубина» (Z), по сути, является обычной картой рельефа (bump map).
Если разделить все каналы получим видимости направленного освещения:
Красный канал (Red) – модель освещена точно справа.

Зеленый канал (Green) – модель освещена точно сверху.

Синий канал (Blue) – модель освещена точно cпереди.

Tangent basis

Когда вы смотрите на tangent-space КН (например, персонажа), вы замечаете разные цвета вдоль швов UV. Это происходит потому что UV островки обычно ориентированы под разными углами на модели, необходимое зло при отображении 3д модели на 2д карте. Тело может быть – вертикальным островком, рука – горизонтальным. Это заставляет нормали КН искривиться (повернуться) для разных направленностей этих UV островков. UV изгибаются, поэтому и нормали должны быть изогнуты для компенсации. tangent basis помогает переориентировать (изогнуть) освещение когда оно попадает на local space поверхности, поэтому свет выглядит равномерным во всей поверхности модели с КН.
Когда художник тайлит tangent-space КН по ширине поверхности модели (например, ландшафт (сшитые UV)), она освещается правильно т.к. модель имеет единое направление в tangent space.
Если же модель имеет разрывы в UV координатах (швы) или КН имеет сильные направленные градиенты вдоль карты, tangent space не будет единым, и поверхности может иметь стык освещения.

Нейтральный цвет КН (Flat Color)

Обычно (128,128,255) цвет нормали перпендикулярный поверхности. Это нейтральный цвет, показывающий, что никаких отклонений от нормы на КН нет.

Возможности и ограничения КН

Плюсы (+)

КН позволяют создавать cглаженные углы. На крупных прямоугольных деталях их лучше промоделивать геометрией.

КН в сочетании с затемнениями на текстуре цвета отлично передают вдавленности.

КН хорошо передают мелкие детали поверхности.

КН хорошо передают узкие и глубокие швы между деталями, вид практически безупречен.

Минусы (-)

КН не изменяют силуэт.

КН плохо сглаживают геометрию.

КН лучше всего работают для углов в 45 градусов и меньше. (более всего критично для запекания)

Выводы:

Нужно передавать основные выступающие детали, следить за тем, чтобы крупные детали были достаточно сглаженными, не нужно моделить геометрией мелкие детали или небольшие вдавленности.
Нет необходимости моделить те мелкие детали, которые гораздо лучше будут смотреться на текстуре с КН, допустим, мелкие болтики и прочее, которые будучи промоделенными будут выглядеть угловато.

Лучшая область применения КН:

•сглаживание острых углов низкополигонального объекта или добавление фасок на грани,

•создание видимости рельефной поверхности.

Основные факторы влияющие на запекание КН

Это группы сглаживания (Smoothing groups), развертка (UV) и ограничивающая сетка (Cage)

Влияние сглаживания на запекание карт

Запекание КН зависит от сглаживания, примененного к полигонам модели. Если полигоны сглажены – и на КН не будет стыков. (это больше мерой относится к плоскостям т.к. для углы описаны ниже)

Проблема настройки групп сглаживания и UV

Если на модель, имеющую прямые или острые углы назначить одну группу сглаживания и попробовать запечь хай поли с прямыми углами-фасками, КН придется компенсировать это сглаживания для наиболее точной передачи вида хай поли. Это приводит к «натяжению» КН (tension). Визуально это заметно по произвольными затемнениям на модели с КН.
Чем меньше разница в сглаживании хай и лоу поли, тем меньше усилий нужно приложить КН и тем точнее результат.

Пример 1

(1 группа сглаживания, сшитые UV)

Для наилучшего отображения в движке можно использовать Splits (разделения) как UV пространстве так и в группах сглаживания. Это нужно чтоб создавать карты нормалей с меньшим натяжением (tension).
Пример tension – видимые сильные градиенты – компенсация больших перепадов в направлении полигонов (например прямые углы куба) лоу-поли. Обычного нейтрального цвета (фиолет 128 как на фоне) на карте почти нет.

Это КН для 6 гранного куба с одной группой сглаживания.

Low poly без КН

Low poly с КН

Для исправления этих проблем нужно создать такие КН которые не будут из последних сил исправлять сглаживание лоу-поли. Именно для этого используется Split (разделение), для избежания «чрезмерного натяжения» КН – и ошибок шейдинга.

Пример 2
(несколько групп сглаживания, сшитые UV)

В другом примере используется несколько групп сглаживания. (каждый полигон куба – своя группа). Рельтат тут лучше.

Как видно на карте нормалей на плоских частях модели цвет нейтральный (128 фиолет)

Но проблемы все же присутствуют: на сшитых углах модели видима черная полоска.

Решением данной проблемы в конкретном случае является добавление разрыва на UV добавление Padding.

Пример 3
(несколько групп сглаживания, все UV разорваны)

При этом UV отступают друг от друга на достаточное расстояние. (Padding не смешивается)

Вывод: если есть «разделение» в группах сглаживания, то автоматически нужно делать разделение на UV и оставлять место для Padding.
Некоторые рендеры более корректно просчитывают КН и хорошо отображаются в большинстве случаев. (3 point shader)

Пример 4
(добавление геометрии)

Основной минус – усложнение развертки UV.
Пример: 116 трис, 60 вершин.

Пример 5
Комбинация (добавление геометрии и групп сглаживания)

Более всего рекомендуется использовать комбинацию групп сглаживания и фасок геометрии. Это позволит достаточно просто развернуть UV (полосками на кубах и плоскостями на их крышках).
Пример: 60 трис, 64 вершины. (без учета SG)

Вывод: Острые углы в геометрии лучше разделять по SG и UV.

Проблема запеченной триангуляции

Если неправильно настроено сглаживание – а именно на всю модель одна группа сглаживания – при запекании КН могут запечься и проблемы триангуляции.

Жесткие грани (группы сглаживания) Их влияние на запекание КН.
Планирование UV\жестких граней

Разумно планировать жесткие грани (стыки групп сглаживания) когда создается развёртка UV. Т.к. места в которых вы бы обычно хотели иметь жесткие грани являются также и местами в которых разумно иметь шов UV. Это также позитивно влияет на финальное значение количества вершин в модели, т.к. разрыв UV и групп сглаживания находится в одном месте.
В итоге: Места, где необходим разрыв UV будут сопровождаться жесткой гранью. В местах, где располагается острый угол, но не планируется разрыва UV нужно добавить дополнительную геометрию для смягчения нормалей модели. Поэтому важно так создавать HP и LP модели избегая большого количества острых углов.

Относительно швов на UV:

Градиенты на КН

Видимые градиенты на КН не означают, что у вас есть ошибки на запеченной КН. Градиенты лишь компенсируют LP нормали вершин. Чем более экстремальны нормали вершин, тем больше градиентов будет на КН.
Никогда нельзя на глаз определить ошибки сглаживания по 2д виду КН, нужно наложить эту карту на модель и поместить в нужный движок.
Тем не менее, чем больше КН вынуждена компенсировать экстремальные нормали, тем больше шансов получить ошибки сглаживания, в особенности если программа запекания и отображения не синхронизированы.

Поэтому желательно запекать КН с наиболее меньшим количеством градиентов.
Дополнительные причины для этого:

Градиенты плохо масштабируются и «сжимаются» (компрессия)
Проявляются сложности в текстурировании (сложно извлекать Detail map)
Иногда недостаточно texel density (в особенности, когда используются малые текстуры) и потому недостаточно разрешения для отрисовки градиентов.
Когда используются mipmap КН с сильными градиентами теряют качество быстрее, чем КН с меньшим количеством градиентов.
Если программа запекания и отображения не синхронизированы и Tangent basis не совпадает – при наложении КН на модель могут появиться ошибки сглаживания. (даже без mipmap)

Практический пример:

Обратите внимание, что с тем как разрешение уменьшается, кубы на которые наложены КН с сильными градиентами становятся более пикселизированными.

Все это усугубляется DXT (или 3Dc) компрессией которая использована наряду с уменьшением

В большинстве ситуаций желательно будет избавиться от градиентов. Это можно сделать довольно просто добавив жесткие грани к границам UV – это уменьшит градиент до приемлемого уровня. (на итоговом кол-ве вершин это не отразится)

Использования жестких граней для правки сильных градиентов на КН
Тестирование запеканий «Averaged projection mesh» и «Explicit mesh normals»
(синхронированные нормали)

На примере нет излишнего количество UV швов, фактически их даже меньше чем обычно используется для синхронизованого пайплайна.

А: Мягкие грани (одна группа сглаживания), «Averaged projection mesh»
В: Жесткие грани на UV швах, «Averaged projection mesh»
С: Жесткие грани на UV швах, «Explicit mesh normals»

Low poly

Low poly c КН

Обратная сторона
Low poly

Low poly c КН

Конечно же кое-кто может сказать, что проблемы слабозаметны даже на А, но это не отменяет факта что В выглядит лучше. К тому же если и уменьшить mipmap еще больше, проблема становится более заметной на крупных формах. (показано ниже)

Не беря во внимание тот факт, что с более низкими mipmap модель удаляется от камеры и занимает меньше места на экране B выдает результат лучше, чем А. Кроме того, большая часть игр имеет настройку качества текстур, так что если игрок играет на низких настройках он увидит mipmap быстрее. Даже если ваша модель имеет текстуру 4к, это не означает что она будет использоваться в игре, фактически такой высокий mipmap не будет использоваться никогда. Он будет отображен, только если модель больше разрешения экрана. (only when the mesh in question is larger than your screen resolution would it use a mip that high)

Теперь рассмотрим пример С. Проблемы проецирования довольно заметны. С данным типом проецирования («Explicit mesh normals») мы создаем швы вдоль любых жестких граней из-за пробелов в проецировании. Этого следует избегать.
В примере не показаны мягкие грани с «Explicit mesh normals» т.к. это дает идентичных результат с А.

Вид КН

Развертка UV

Использование жестких граней (групп сглаживания) для правки сильных градиентов.

Главная причина использования групп сглаживания, если tangent basis программы запекания не соответствует движку рендеринга.
Цвета и градиенты КН отображают разницу между LP и HP моделями и если tangent basis не совпадает тогда цвета эти цвета и градиенты не могут быть транслированы верно в корректное освещение. В итоге мы видим ошибки сглаживания (которые и являются визуальной разницей между tangent basis запеченной карты и считыванием рендера).
Добавление групп сглаживания уменьшает количество градиентов и соответственно – количество ошибок т.к. остается меньше шансов для некорректной передачи – т.к. зоны с группами сглаживания имеют склонность быть более плоскими их значения ближе к 128,128,255 (вместе с иными факторами)
Если вами используется одна группа сглаживания и tangent basis программы для запекания совпадает с движком рендера – тогда в дополнительных группах сглаживания нет нужды, кроме того что это упрощает текстуринг. (более чистые КН) Хотя в некоторых случаях это все же может привести к ошибкам, поэтому нет нужды не использовать группы сглаживания.

Практическое применение:

Отличие «Average Normals» от «Exported normals» в xNormal

В xNormal всегда нужно запекать используя «exported normals». (финальные нормали LP), т.к. «усреднение» нормалей в xNormal отличается от «Averaged Projection Mesh» Если вы используете опцию «Average Normals» и затем используете получившуюся запеченную КН на вашей LP модели, их нормали не совпадут, что приведет к ошибкам.

«Discard back-faces hits»

Примеры:

Exported normals Vs Av. Normals in Marmoset (on the exported normals LP)

Averaged normals

Exported normals

Difference map

xNormal требует чтоб топология Cage совпадала на 100% с LP и не имеет функции «усредненной Cage». Встроенный редактор cage не работает: с увеличением размера Cage также увеличиваются и пробелы в проецировании.

Решением проблемы: дублировать LP модель для использования как external cage и после этого увеличить на нужное значение и наложить группы сглаживания (одну).

Плюсы в использовании «жестких граней»:

Меньше экстремальных градиентов на КН, что упрощает «извлечение» карты деталей в ndo2\ crazybump (без артефактов из-за резких изменений цвета) и упрощает создание LOD (уменьшенные КН создают меньше проблем т.к. они не должны сильно полагаться на нормали поверхности модели), предоставляет лучшее сжатие текстуры (компрессия).
Уменьшает «resolution based smoothing errors» (ошибки сглаживания из-за разрешения), которые появляются когда имеется маленький треугольник, но не достаточно разрешения для его корректного затенения. (в игре маленькие белые треугольники). Также это улучшает отображение КН на меньших MipMaps. (при отдалении от них камеры)

Выводы:

Использование жестких граней (групп сглаживания) на границах UV дает такие преимущества:

Пример извлеченной карты деталей

Используется crazy bump. Увеличение 300%. Примеры А и В. Как видно В имеет более чистый результат.

4. Компрессия текстуры производит лучшие результаты с меньшими градациями.

Причины возникновения «волнистости» на КН

Факторы:

Сужение прямых выпуклостей (отсутствие 90градусных углов)
Совпадение формы: Форма лоу поли, насколько она совпадет с хай (решается добавлением геометрии) (для цилиндра верхняя и нижние крышки моделей должны быть в одном месте)
Сглаживание на прямых и острых углах.

Источник