3D Texture Maps Fundamentals

Einführung

The texture map is a final piece of a puzzle you just can’t do without when creating a model.  Same as none of the 3D visualization or 3D-Modellierungsdienste könnte hervorragende Ergebnisse liefern, wenn es nicht die Vielfalt der Texturkarten gäbe. 

Sie werden verwendet, um spezielle Effekte, sich wiederholende Texturen, Muster und feine Details wie Haare, Haut usw. zu erstellen. Wenn du ein komplettes Mesh und eine UV-Map hast, reicht es nicht aus, eine Textur darauf anzuwenden. 

Du brauchst Texture Maps, um die Farbe, den Glanz, das Glühen, die Transparenz und viele andere Eigenschaften deines 3D-Modells zu definieren. Und das sind nur ein paar von ihnen. 

Wir machen dich mit den gebräuchlichsten Arten von Texture Maps in der 3D-Modellierung und ihren Kategorien vertraut.

Aber das Wichtigste zuerst.

Was ist Texture Mapping?

Texture Mapping bedeutet im Wesentlichen, dass ein 2D-Bild auf die Oberfläche von 3D-Objekten angewendet wird, bekannt als UV-Mappingso dass der Computer diese Daten während des Renderings auf dem Objekt erzeugen kann.

Einfach gesagt: Texture Mapping ist wie das Einwickeln eines Bildes um das Objekt herum, um die Pixel der Textur auf die 3D-Oberfläche abzubilden.

Es reduziert die Anzahl der Polygone und Blitzberechnungen, die für die Erstellung einer anspruchsvollen 3D-Szene erforderlich sind, erheblich.

PBR vs. Nicht-PBR-Modellierung

Du fängst an, mit der Textur zu arbeiten, lange bevor du deine Masche überhaupt fertiggestellt hast, da du sie immer im Hinterkopf behalten musst. Die Software, für die du ein Modell erstellst, bestimmt, welche Texturkarten die du verwenden wirst, um Details hinzuzufügen.

Es gibt Texturkarten für PBR- oder Nicht-PBR-Materialien. Beide liefern fotorealistische Texturen, aber die eine eignet sich gut für Spiel-Engines und die andere für Marketing- und Werbezwecke. 

PBR ist eine Abkürzung für physikalisch basiertes Rendering, das verwendet genaue Beleuchtung, um fotorealistische Texturen zu erzielen. Obwohl es in den 1980er Jahren aufkam, ist es inzwischen ein Standard für alle Materialien geworden.

Die besten 3D-Modellierungssoftware für PBR sind Unity, Unreal Engine 4 und Painter, Substanzund demnächst Blender v2.8. 

Nicht-PBRim Gegenteil, sorgt ebenfalls für atemberaubende fotorealistische Ergebnisse, allerdings zu einem viel höheren Preis. Du musst viel mehr Maps und Einstellungen verwenden, um diese Ergebnisse zu erzielen, selbst mit der Flexibilität der Texturen.

Maya, 3ds Max und Modo sind die gängigsten Anwendungen, die nicht-PBR-Texturmaps verwenden. 

Wenn du deine 3D-Modelle für eine Spiel-Engine erstellst, solltest du dich für PBR-Texturen entscheiden. Wenn du jedoch Werbezwecke verfolgst, kannst du auch ein Modell mit Nicht-PBR-Texturen rendern.

Profi-Tipp: So oder so musst du dein Modell mit UV umhüllen, damit die Textur so auf dein Modell abgebildet wird, wie du es vorhast, unabhängig von der verwendeten Texturart.

PBR-Texturkarten

Da die PBR immer mehr standardisiert wird und eine größere Vielfalt an Texturkarten bietet, fangen wir mit ihnen an. 

Wie bereits erwähnt, reicht es nicht aus, ein 2D-Bild zu haben, das du auf dein 3D-Modell legen willst, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Du verwendest mehrere Textur-Maps, um verschiedene Optionen einzustellen, die deinem Modell mehr Fülle und Subtilität verleihen. Jede Map ist also für einen anderen Effekt verantwortlich.

Es gibt die folgenden Texturkarten:

1. Albedo

Albedo-Texturkarten sind eine der grundlegendsten Karten, die du in deinem Modell verwendest, da sie seine Grundfarbe ohne Schatten oder Blendung definieren. Dabei kann es sich um ein flaches, helles Bild des Musters handeln, das du auf dein Objekt anwenden möchtest, oder um eine einzelne Farbe. 

Hinweis: um Unstimmigkeiten in deinem 3D-Modell zu vermeiden, stelle sicher, dass die Beleuchtung flach ist. Die Beleuchtung kann anders sein als im Ausgangsbild. Das erzeugt nur unnötige Schatten.

Außerdem werden sie oft verwendet, um reflektiertes Licht abzuschatten, besonders bei Metallstrukturen.

2. Umgebungsokklusion

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz kennzeichnet schattige Bereiche und weiß 一 die am meisten beleuchteten Bereiche.

Wenn du nach etwas suchst, das das Gegenteil von Albedo Maps ist, aber den Namen dafür nicht finden kannst, dann ist es die Ambient Occlusion Map, oft auch AO genannt. AO-Texturkarten werden in der Regel von der PBR-Engine mit der Albedo kombiniert, um zu definieren, wie sie auf Licht reagiert.

Es ist wird verwendet, um den Realismus des Objekts zu verbessern, indem die von der Umgebung erzeugten Schatten simuliert werden. Die Schatten sind also nicht komplett schwarz, sondern realistischer und weicher, besonders an Stellen, die weniger Licht abbekommen.

3. Normal

Maßstab der Karte: RGB-Werte 一 Grün, Rot und Blau, die der X-, Y- und Z-Achse entsprechen.

In Normal Maps werden RGB-Werte (Grün, Rot und Blau) verwendet, um Unebenheiten und Risse in deinem Modell zu erzeugen, um der Darstellung mehr Tiefe zu verleihen. Polygonnetz. R, G und B geben die X-, Y- und Z-Achse des Grundnetzes in drei Richtungen vor, um eine bessere Genauigkeit zu gewährleisten.

Außerdem ist es wichtig zu wissen, dass Normal Maps die Grundgeometrie eines Objekts nicht verändern. Sie verwenden einfach komplexe Berechnungen, um die Dellen oder Beulen mit den Lichteffekten vorzutäuschen. 

Hinweis: Da in einer Normal Map viel Licht verwendet wird, solltest du die Nähte deines Objekts besser verstecken, es sei denn, du willst, dass sie deutlich zu sehen sind.

Bei einem solchen Ansatz sind diese Unebenheiten ab einem bestimmten Blickwinkel nicht mehr sichtbar, vor allem wenn sie übertrieben sind. Es ermöglicht jedoch, die Polygonanzahl niedrig zu halten und trotzdem ein echtes Objekt zu erhalten.

Es ist also eine Win-Win-Situation.

4. Rauheit 

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz steht für die maximale Rauheit, weiß 一 für eine glatte Oberfläche.

Eine Rauheits- oder Glanztexturkarte ist eine selbsterklärende Karte. Also, Sie bestimmt, wie glatt dein Modell ist, je nachdem, wie das Licht von ihm reflektiert wird.. Diese Karte ist wichtig, da verschiedene Objekte unterschiedliche Rauhigkeitsgrade haben. Zum Beispiel wird das Licht auf einem Spiegel und einem Gummi nicht auf die gleiche Weise gestreut. 

Um es in deinem Modell bestmöglich zu reflektieren, musst du den Rauheitswert anpassen. Bei einem Wert von Null wird das Modell das Licht überhaupt nicht streuen. Die Blitze und Reflexionen werden in diesem Fall heller sein. 

Ist er hingegen voll, wird dein Material viel mehr Licht gestreut. Allerdings erscheinen die Beleuchtung und die Reflexion dann schwächer.

5. Metallizität

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz bedeutet nicht-metallisch, weiß 一 voll-metallisch.

Das ist ziemlich leicht zu erraten. Diese Texturkarte legt fest, ob ein Objekt aus Metall besteht. Metall reflektiert das Licht anders als andere Materialien, daher kann es für das endgültige Aussehen deines Objekts einen Unterschied machen. Sie simuliert das echte Material und ist eng mit der Albedo-Map verknüpft.

Obwohl Metallkarten Graustufen haben, wird empfohlen, nur schwarze und weiße Werte zu verwenden.

Schwarz steht in diesem Fall für den Teil der Karte, der die Albedokarte als diffuse Farbe und weiß 一, um die Helligkeit und Farbe der Reflexionen festzulegen, und stelle Schwarz als diffuse Farbe für Materialien ein.

Die Reflexionen liefern die Details und die Farbe für die Materialien, sodass die diffuse Farbe in diesem Fall nicht relevant ist.

Insgesamt sind Metallkarten sehr wertvoll, aber durch die Verknüpfung mit Albedokarten gibt es einige Einschränkungen bei ihrer Verwendung. 

6. Höhe

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz stellt den Boden der Masche dar, weiß 一 die Spitze.

Um einen Schritt weiter zu gehen als die Normaltexturkarte, musst du Höhenkarten verwenden. Sie geben dir die besten Details, die aus allen Winkeln und bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen gleich gut aussehen. 

Höhenkarten gelten als ressourcenintensiv. Anstatt Dellen und Beulen vorzutäuschen, verändern sie die Geometrie deines Modells. Das Hinzufügen kleiner Details zum Mesh scheint keine große Sache zu sein, bis du merkst, dass feinere Details ihren Preis haben. 

Profi-Tipp: Wenn du Höhentexturkarten im Internet verwenden willst, solltest du sie beim Exportieren eines 3D-Modells backen.

Höhenkarten erhöhen die Polygonanzahl eines Objekts. Das kann gut sein für High-Poly-ModellierungDennoch verlangsamen diese Maps die Rendering-Zeit. Deshalb werden sie nur von High-End-Spielengines verwendet, während andere Normal Maps bevorzugen. 

7. Spiegelbildlich

Maßstab der Karte: Volles RGB 一 Grün, Rot und Blau (Metallic ohne Albedo).

Die Alternative zur Metalness-Map ist die Specular-Map, die denselben Effekt, wenn nicht sogar einen besseren, erzielt. Diese Texturkarte ist für die Farbe und die Menge des vom Objekt reflektierten Lichts verantwortlich. Sie ist wichtig, wenn du Schatten und Reflexionen auf nicht-metallischen Materialien erzeugen willst.

Bei PBR-Texturen wirken sich die spiegelnden Texturen darauf aus, wie deine Albedo aus der gewünschten Textur gerendert wird und können dafür die volle RGB-Farbe verwenden.

Nehmen wir an, du möchtest mit der Metallkarte ein Messingmaterial erstellen. In diesem Fall färbst du den Bereich deiner Karte in der Albedo einfach messingfarben ein. Das Material wird messingfarben erscheinen. 

Wenn du stattdessen eine Specular Map verwendest, wird der Messingteil der Albedo schwarz sein. In diesem Fall musst du die Messingdetails auf die Specular Map malen. Das Ergebnis wird dasselbe sein: Das Material wird messingfarben erscheinen.

Obwohl du mit Specular Maps mehr Flexibilität erhältst, wird diese Methode auch komplexer.

Es liegt also an dir, ob du 一 metalness oder specular verwenden willst.

8. Opazität

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz definiert transparent, weiß 一 undurchsichtig.

Da Metall, Holz und Plastik nicht die einzigen Materialien sind, die du in deinen Modellen verwendest, ist es wichtig, die Deckkraft-Texturkarte zu kennen. Mit ihr kannst du bestimmte Teile deines Modells transparent machenbesonders, wenn du Glaselemente oder Baumzweige gestaltest.

Wenn dein Objekt jedoch aus massivem Glas oder einem anderen lichtdurchlässigen Material besteht, ist es besser, den konstanten Wert von 0,0 für undurchsichtig und 1,0 für transparent zu verwenden. 一 transparent.

9. Brechung

Maßstab der Karte: konstanter Wert.

Das Material eines Objekts bestimmt, wie das Licht von ihm reflektiert wird. Das Licht beeinflusst dementsprechend, ob ein Objekt realistisch genug aussieht. Es ist besonders wichtig für bestimmte Oberflächen wie Glas und Wasser, da sie die Geschwindigkeit des Lichts, das sich durch sie hindurch bewegt, beeinflussen. 

Das Licht wird also gebeugt, wenn es ein Gas oder eine Flüssigkeit durchquert, was als Brechung. Deshalb sehen bestimmte Dinge verzerrt aus, wenn sie durch ein transparentes Objekt betrachtet werden. Die Lichtbrechung trägt in der Realität dazu bei, und die Texturkarten für die Lichtbrechung helfen dabei, dies im 3D-Raum nachzubilden.

10. Selbstbeleuchtungen

Maßstab der Karte: volles RGB.

Genauso wie das Objekt das "externe" Licht reflektieren kann, kann es auch etwas Licht aussenden, um in dunklen Bereichen gesehen zu werden. Hier kommt die letzte vollständige PBR-Texturkarte 一 Self-Illumination oder Emissive Color Map 一 ins Spiel. 

Sie wird verwendet, um einige LED-Tasten zu erstellen oder das Licht von Gebäuden zu simulieren. Im Grunde ist es wie eine Albedo-Karte, aber für Licht.

Profi-Tipp: while you can light an entire scene with the self-illumination map, it can wash realism off your 3D model. It’s better to use conventional lighting in this case. 

(Image-2 Texture Maps Guide)

Nicht-PBR-Texturkarten

Since non-PBR texture maps are not standardized or used through a variety of 3D modeling software, there are quite a few to cover.

Diffus

Diffuse Karten sind das Äquivalent zu den Albedo-Karten. Sie definieren nicht nur die Grundfarbe deines Objekts sondern werden von der Software verwendet, um das reflektierte Licht abzuschatten. Das ist der eigentliche Unterschied zwischen der Diffuskarte und der Albedo. 

Diffuse Maps werden nicht mit flachem Licht erstellt, sondern verwenden Schatteninformationen, um umliegende Objekte farblich zu färben. Du wirst es kaum bemerken, aber es macht dein 3D-Objekt realistischer.

Stoßstange

Maßstab der Karte: Grau 一 schwarz zeigt den niedrigsten Punkt der Geometrie an, weiß 一 den höchsten.

Bump-Maps ähneln den normalen PBR-Maps, sind aber in diesem Fall einfacher. Sie sind am wenigsten ressourcenintensiv und verwenden einfache Algorithmen, um das Aussehen deines 3D-Modells zu verändern. 

Anders als bei normalen Karten, sie verwenden RGB nicht, um die drei Dimensionen eines Raums zu bestimmen. Stattdessen verwenden sie Graustufenkarten, die in einer Auf- oder Abwärtsrichtung arbeiten, wobei Schwarz der niedrigste und Weiß der höchste Punkt der Geometrie ist.

Allerdings gibt es auch einen Nachteil. Stoßstange Texturkarten sind die beste Lösung für flache Oberflächen da das Vortäuschen der Geometrie bei runden Objekten und deren Kanten ins Stocken geraten ist.

Diese Ungenauigkeit ist der Grund, warum die Skala zugunsten der normalen Karten gekippt ist.

Reflexion

Die Reflection Maps schließlich entsprechen den Gloss/Roughness Maps im PBR-Workflow. Sie sind in der Regel ein konstanter Wert, mit dem du festlegst, wo dein Objekt eine Reflexion erzeugen soll. 

Hinweis: Die Reflexion ist auf dem gesamten Objekt sichtbar, es sei denn, du verwendest andere Materialien. 

Die Arbeit mit Texturen ist nicht einfach. Das solltest du inzwischen kapiert haben. Texture Mapping ist eine wichtige Fähigkeit, die du beherrschen musst, denn Texturen machen dein 3D-Objekt erst komplett. Es ist also ein wichtiger Schritt, den du nicht verpassen darfst, wenn du lernst wie man 3D-Modelle erstellt.

Ein einfaches Polygonnetz wäre nicht so atemberaubend wie mit Texturen, meinst du nicht auch?