3D Texture Maps Fundamentals

บทนำ

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 บริการสร้างแบบจำลอง 3 มิติ จะสามารถให้ผลลัพธ์ที่โดดเด่นได้หากไม่ใช่เพราะความหลากหลายของแผนที่พื้นผิว 

ใช้เพื่อสร้างเอฟเฟกต์พิเศษ พื้นผิวซ้ำ ลวดลาย และรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เช่น ผม ผิวหนัง ฯลฯ หากคุณมี mesh และ UV map ครบแล้ว เพียงแค่ใช้พื้นผิวกับวัตถุนั้นจะไม่ให้ผลลัพธ์ 

คุณต้องมีแผนที่พื้นผิวเพื่อกำหนดสี ความแวววาว เรืองแสง ความโปร่งใส และคุณสมบัติอื่นๆ มากมายของโมเดล 3 มิติของคุณ และนี่เป็นเพียงบางส่วนเท่านั้น 

เราจะทำความคุ้นเคยกับประเภทพื้นผิวที่พบบ่อยที่สุดในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติและหมวดหมู่ของแผนที่เหล่านั้น

แต่สิ่งแรกก่อน

การทำแผนที่พื้นผิวคืออะไร?

สาระสำคัญของการทำแผนที่พื้นผิวหมายถึงการนำภาพ 2D ไปใช้กับ surface ของวัตถุ 3D ที่เรียกว่า UV mappingเพื่อให้คอมพิวเตอร์สามารถสร้างข้อมูลนั้นบนวัตถุในระหว่างการเรนเดอร์ได้

พูดง่ายๆ ว่า: การทำแผนที่พื้นผิวก็เหมือนการห่อภาพ รอบวัตถุเพื่อจับคู่พิกเซลของพื้นผิวกับ 3D surface

ลดจำนวน polygon และการคำนวณฟ้าผ่าที่จำเป็นอย่างมากในการสร้างฉาก 3 มิติที่ซับซ้อน

PBR เทียบกับการสร้างแบบจำลองที่ไม่ใช่ PBR

คุณเริ่มทำงานกับเท็กซ์เจอร์เป็นเวลานานก่อนที่คุณจะจบ mesh เสียด้วยซ้ำ เนื่องจากคุณต้องระลึกไว้เสมอว่า ซอฟต์แวร์ที่คุณสร้างแบบจำลองสำหรับกำหนดสิ่งที่ แผนที่พื้นผิว คุณจะใช้เพื่อเพิ่มรายละเอียด.

มีแผนผังพื้นผิวสำหรับวัสดุ PBR หรือวัสดุที่ไม่ใช่ PBR ทั้งสองมีพื้นผิวที่เหมือนจริง แต่หนึ่งก็เหมาะสมสำหรับเอ็นจิ้นเกมและอีกอันหนึ่งสำหรับวัตถุประสงค์ทางการตลาดและการส่งเสริมการขาย 

PBR เป็นตัวย่อสำหรับการแสดงผลทางกายภาพที่ ใช้แสงที่แม่นยำเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เหมือนจริงเหมือนภาพถ่าย. แม้ว่าจะปรากฏตัวในทศวรรษ 1980 แต่ปัจจุบันได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับวัสดุทั้งหมดแล้ว

ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติที่ดีที่สุดในการใช้ PBR ได้แก่ Unity, Unreal Engine 4, Painter, สารและ Blender v2.8 ที่กำลังจะมีขึ้น 

ไม่ใช่ PBR, ในทางตรงกันข้าม, ยังให้ผลลัพธ์ที่เหมือนจริงอย่างน่าทึ่ง แต่มีราคาที่สูงกว่ามาก. คุณจำเป็นต้องใช้แผนที่และการตั้งค่ามากขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์เหล่านี้ แม้จะมีความยืดหยุ่นของพื้นผิวก็ตาม

มายา, 3ds Max และ Modo เป็นแอปพลิเคชันทั่วไปที่ใช้แมปพื้นผิวที่ไม่ใช่ PBR 

ด้วยเหตุนี้ หากคุณสร้างแบบจำลอง 3 มิติสำหรับเอ็นจิ้นเกม คุณควรเลือกใช้พื้นผิว PBR อย่างไรก็ตาม หากคุณดำเนินการตามวัตถุประสงค์ในการส่งเสริมการขาย คุณจะแสดงผลโมเดลที่มีพื้นผิวที่ไม่ใช่ PBR ได้

เคล็ดลับสำหรับมือโปร: ไม่ว่าจะด้วยวิธีใด คุณต้องแกะ UV ออกจากแบบจำลองของคุณ เพื่อให้พื้นผิวถูกแมปบนแบบจำลองของคุณในแบบที่คุณต้องการ โดยไม่คำนึงถึงประเภทของพื้นผิวที่ใช้

แผนที่พื้นผิว PBR

ตอนนี้ เนื่องจาก PBR กำลังกลายเป็นมาตรฐานมากขึ้นและนำเสนอแผนที่พื้นผิวที่หลากหลายมากขึ้น เราจะเริ่มด้วยสิ่งเหล่านี้ 

ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ การมีภาพ 2D ที่คุณต้องการวางลงบนแบบจำลอง 3D ของคุณไม่เพียงพอที่จะทำให้ได้ผลลัพธ์ คุณใช้แมปพื้นผิวหลายแบบเพื่อปรับแต่งตัวเลือกต่างๆ เพื่อเพิ่มความสมบูรณ์และความละเอียดอ่อนให้กับโมเดลของคุณ ดังนั้นแต่ละแผนที่มีหน้าที่สร้างเอฟเฟกต์ที่แตกต่างกัน

มีแผนที่พื้นผิวดังต่อไปนี้:

1. อัลเบโด้

แผนที่พื้นผิว Albedo เป็น แผนที่พื้นฐานที่สุดแผนที่หนึ่งที่คุณใช้ในแบบจำลองของคุณ เนื่องจากแผนที่เหล่านี้กำหนดสีพื้นฐานโดยไม่มีเงาหรือแสงสะท้อน. เกี่ยวกับเรื่องนี้ พวกเขาสามารถเป็นภาพแสงแบนของรูปแบบที่คุณต้องการนำไปใช้กับวัตถุของคุณหรือสีเดียว 

บันทึก: เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่สอดคล้องกันในแบบจำลอง 3 มิติของคุณ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแสงอยู่ในแนวราบ สายฟ้าอาจแตกต่างจากภาพต้นทาง มันสร้างแต่เงาที่ไม่จำเป็น

นอกจากนี้ มักใช้เพื่อแรเงาแสงสะท้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นผิวโลหะ

2. การบดเคี้ยวรอบข้าง

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำ หมายถึง พื้นที่ที่มีเงา และ สีขาว 一 พื้นที่ที่มีแสงสว่างมากที่สุด

หากคุณกำลังมองหาบางสิ่งที่ตรงกันข้ามกับแผนที่ Albedo แต่ไม่พบชื่อของมัน 一มันเป็นแผนที่การบดเคี้ยวรอบข้างซึ่งมักเรียกกันว่า AO แผนที่พื้นผิว AO มักจะรวมกับอัลเบโดโดยเอ็นจิ้น PBR เพื่อกำหนดวิธีการตอบสนองต่อแสง

มันคือ ใช้เพื่อปรับปรุงความสมจริงของวัตถุโดยการจำลองเงาที่เกิดจากสิ่งแวดล้อม. ดังนั้น เงาจึงไม่ใช่สีดำทึบ แต่จะดูสมจริงและนุ่มนวลกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานที่ที่มีแสงน้อย

3. ปกติ

ขนาดแผนที่: ค่า RGB 一 สีเขียว สีแดง และสีน้ำเงินที่สอดคล้องกับแกน X, Y และ Z

ในแผนที่ปกติ ค่า RGB (สีเขียว สีแดง และสีน้ำเงิน) ถูกใช้เพื่อสร้างการกระแทกและรอยแตกในโมเดลของคุณเพื่อเพิ่มความลึกให้กับ ตาข่ายรูปหลายเหลี่ยม. R, G และ B กำหนดแกน X, Y และ Z ของฐาน mesh ในสามทิศทางเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำมากขึ้น

นอกจากนี้ สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือแผนที่ปกติจะไม่เปลี่ยนรูปทรงพื้นฐานของวัตถุ พวกเขาเพียงแค่ใช้การคำนวณที่ซับซ้อนเพื่อปลอมรอยบุบหรือกระแทกด้วยเอฟเฟกต์แสง. 

บันทึก: เนื่องจากมีแสงจำนวนมากที่ใช้ในแผนที่ปกติ คุณควรซ่อนรอยต่อของวัตถุให้ดีขึ้น เว้นแต่คุณต้องการให้มองเห็นได้ชัดเจน

ด้วยวิธีการดังกล่าว รอยกระแทกเหล่านี้จะไม่ปรากฏให้เห็นผ่านจุดชมวิวแห่งหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการกล่าวเกินจริง อย่างไรก็ตาม มันช่วยให้นับ polygon ต่ำในขณะที่รับวัตถุจริง

ดังนั้นมันจึงเป็น win-win

4. ความหยาบ 

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำแสดงถึงความหยาบสูงสุด สีขาว 一 เรียบ surface

แผนที่พื้นผิวที่หยาบหรือมันวาวเป็นแผนที่ที่อธิบายตนเองได้ ดังนั้น, มันกำหนดความนุ่มนวลของแบบจำลองของคุณ ขึ้นอยู่กับว่าแสงสะท้อนจากมันอย่างไร. แผนที่นี้มีความสำคัญเนื่องจากวัตถุต่าง ๆ มีระดับความหยาบต่างกัน เช่น แสงจะไม่กระจายผ่านกระจกและยางในลักษณะเดียวกัน 

ดังนั้นเพื่อสะท้อนให้เห็นในแบบจำลองของคุณอย่างดีที่สุด คุณต้องปรับแต่งค่าความหยาบ หากเป็นศูนย์ แบบจำลองจะไม่กระจายแสงเลย ฟ้าผ่าและแสงสะท้อนจะสว่างขึ้นในกรณีนี้ 

ในทางกลับกัน หากเต็ม เนื้อหาของคุณก็จะได้รับแสงที่กระจัดกระจายมากขึ้น อย่างไรก็ตาม แสงและแสงสะท้อนจะดูมืดลง

5. ความเป็นโลหะ

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำ หมายถึง อโลหะ สีขาว 一 สีดำล้วน

อันนี้ค่อนข้างง่ายที่จะเดา แผนที่พื้นผิวนี้กำหนดว่าวัตถุทำจากโลหะหรือไม่ โลหะสะท้อนแสงแตกต่างจากวัสดุอื่นๆ ดังนั้นจึงสามารถสร้างความแตกต่างให้กับรูปลักษณ์สุดท้ายของวัตถุของคุณได้ มันจำลองวัสดุจริงอย่างง่ายดายและเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับแผนที่อัลเบโด

แม้ว่าแผนที่โลหะจะเป็นระดับสีเทา แต่ขอแนะนำให้ใช้เฉพาะค่าขาวดำเท่านั้น

สีดำ ในกรณีนี้ หมายถึงส่วนนั้นของแผนที่โดยใช้แผนที่อัลเบโดเป็น กระจายสี และสีขาว 一 เพื่อกำหนดความสว่างและสีของแสงสะท้อน และกำหนดให้สีดำเป็นสีกระจายสำหรับวัสดุ

แสงสะท้อนให้รายละเอียดและสีของวัสดุ ดังนั้นสีแบบกระจายจึงไม่เกี่ยวข้องในกรณีนี้

โดยรวม แผนที่โลหะให้คุณค่าที่ดี แต่การผูกกับแผนที่อัลเบโด้ทำให้มีข้อจำกัดบางประการในการใช้งาน 

6. ส่วนสูง

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำ หมายถึงด้านล่างของ mesh สีขาว 一 จุดสูงสุด

หากต้องการก้าวไปอีกขั้นจากแผนที่พื้นผิวปกติ คุณต้องใช้แผนที่ความสูง พวกเขาให้รายละเอียดที่ดีที่สุดที่ดูดีเท่าเทียมกันในทุกมุมและแสงที่แตกต่างกัน. 

แผนที่ความสูงถือเป็นการใช้ทรัพยากรมาก แทนที่จะสร้างรอยบุบและรอยบุบ พวกมันจะปรับเปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตของแบบจำลองของคุณ การเพิ่มรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ให้กับ mesh ดูเหมือนจะไม่ใช่เรื่องใหญ่ จนกว่าคุณจะรู้ว่ารายละเอียดปลีกย่อยนั้นมาพร้อมกับราคา 

เคล็ดลับสำหรับมือโปร: หากคุณต้องการใช้แมปพื้นผิวความสูงบนเว็บ วิธีที่ดีที่สุดคืออบเมื่อส่งออกโมเดล 3 มิติ

แผนที่ความสูงเพิ่มจำนวน polygon ของวัตถุ มันอาจจะดีสำหรับ การสร้างแบบจำลอง high polyแต่ถึงกระนั้น แผนที่เหล่านี้ก็ยังทำให้เวลาการเรนเดอร์ช้าลง นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมมันจึงถูกใช้โดยเอนจิ้นเกมระดับไฮเอนด์เท่านั้น ในขณะที่บางเกมชอบแผนที่ปกติมากกว่า 

7. Specular

ขนาดแผนที่: RGB เต็ม 一 สีเขียว สีแดง และสีน้ำเงิน (เหลือสีเมทัลลิกจากอัลเบโด้)

ทางเลือกแทนแผนที่ความเป็นโลหะคือแผนที่แบบพิเศษที่ให้ผลเหมือนกันหากไม่ดีกว่า แผนที่พื้นผิวนี้รับผิดชอบสีและปริมาณของแสงที่สะท้อนโดยวัตถุ เป็นสิ่งสำคัญหากคุณต้องการสร้างเงาและแสงสะท้อนบนวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ.

ในพื้นผิว PBR วัตถุแบบพิเศษจะส่งผลต่อการแสดงอัลเบโดของคุณจากพื้นผิวที่ต้องการ และสามารถใช้สี RGB แบบเต็มสำหรับสิ่งนั้น

สมมติว่าคุณต้องการสร้างวัสดุทองเหลืองด้วยแผนที่โลหะ ในกรณีนี้ คุณเพียงแค่ระบายสีส่วนนั้นของแผนที่ด้วยสีทองเหลืองในอัลเบโด วัสดุจะปรากฏเป็นทองเหลือง 

หากคุณใช้แผนที่แบบพิเศษ ส่วนทองเหลืองของอัลเบโดจะเป็นสีดำ ที่นี่คุณจะต้องทาสีรายละเอียดทองเหลืองลงบนแผนที่แบบพิเศษ ผลจะเป็นแบบเดียวกัน วัสดุ 一 จะปรากฏเป็นทองเหลือง

แม้ว่าคุณจะมีความยืดหยุ่นมากขึ้นด้วยแผนที่แบบพิเศษ แต่กระบวนการนี้ก็ยังเพิ่มความซับซ้อนให้กับวิธีนี้อีกด้วย.

ดังนั้น ขึ้นอยู่กับคุณว่าจะใช้ 一 ความเป็นโลหะหรือแบบพิเศษ

8. ความทึบ

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำ กำหนดความโปร่งใส สีขาว 一 ทึบแสง

เนื่องจากโลหะ ไม้ และพลาสติกไม่ใช่วัสดุเพียงอย่างเดียวที่คุณใช้ในแบบจำลองของคุณ คุณจึงควรทราบเกี่ยวกับแผนผังพื้นผิวแบบทึบ ช่วยให้คุณ ทำให้บางส่วนของแบบจำลองของคุณโปร่งใสโดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากคุณกำลังสร้างองค์ประกอบแก้วหรือกิ่งไม้

อย่างไรก็ตาม หากวัตถุของคุณเป็นแก้วทึบหรือทำจากวัสดุโปร่งแสงอื่นๆ ควรใช้ค่าคงที่ 0.0 เป็นค่าทึบแสงและ 1.0一 โปร่งใส

9. การหักเหของแสง

ขนาดแผนที่: ค่าคงที่

วัสดุของวัตถุกำหนดวิธีที่แสงสะท้อนจากวัตถุ แสงจะส่งผลต่อการที่วัตถุดูเหมือนจริงเพียงพอหรือไม่ มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับ surface บางประเภท เช่น แก้วและน้ำ เนื่องจากส่งผลต่อความเร็วของแสงที่เดินทางผ่าน 

ดังนั้นแสงจะโค้งงอเมื่อผ่านก๊าซหรือของเหลวซึ่งเรียกว่า การหักเหของแสง. นั่นคือเหตุผลที่บางสิ่งดูบิดเบี้ยวเมื่อมองผ่านวัตถุโปร่งใส การหักเหมีส่วนในชีวิตจริงและแผนที่พื้นผิวการหักเหของแสงช่วยในการจำลองในพื้นที่ 3 มิติ

10. การส่องสว่างในตัวเอง

ขนาดแผนที่: RGB เต็มรูปแบบ

เช่นเดียวกับวัตถุที่สามารถสะท้อนแสง "ภายนอก" ได้ ก็สามารถเปล่งแสงบางส่วนให้เห็นในที่มืดได้เช่นกัน นั่นคือที่มาของแผนที่พื้นผิว PBR แบบเต็ม 一 การเปล่งแสงด้วยตนเองหรือแผนที่สีเปล่งแสง 一 เข้ามาเล่น 

ใช้เพื่อสร้างปุ่ม LED หรือจำลองแสงที่ส่องมาจากอาคาร โดยพื้นฐานแล้วมันเหมือนกับแผนที่อัลเบโด แต่สำหรับแสง

เคล็ดลับสำหรับมือโปร: 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. 

(คู่มือแผนที่พื้นผิว Image-2)

แผนที่พื้นผิวที่ไม่ใช่ PBR

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

กระจาย

แผนที่กระจายจะเทียบเท่ากับแผนที่อัลเบโด พวกเขาไม่เพียงกำหนด สีพื้นฐานของวัตถุของคุณ แต่ซอฟต์แวร์ใช้เพื่อแรเงาแสงสะท้อน นั่นคือสิ่งที่แตกต่างจากแผนที่กระจายจากอัลเบโด้ 

แผนที่แบบกระจายไม่ได้สร้างด้วยแสงเรียบและใช้ข้อมูลเงาเพื่อแต้มสีให้กับวัตถุรอบข้าง คุณแทบจะไม่สังเกตเห็นมัน แต่มันจะทำให้วัตถุ 3 มิติของคุณสมจริงยิ่งขึ้น

ชน

ขนาดแผนที่: สีเทา 一 สีดำ แสดงถึงจุดต่ำสุดของรูปทรงเรขาคณิต สีขาว 一 เป็นจุดที่สูงที่สุด

Bump map นั้นคล้ายกับแผนที่ PBR ปกติ แต่มีพื้นฐานมากกว่าในกรณีนั้น พวกมันใช้ทรัพยากรน้อยที่สุดและใช้อัลกอริธึมอย่างง่ายในการปรับเปลี่ยนรูปลักษณ์ของโมเดล 3 มิติของคุณ 

ไม่เหมือนกับแผนที่ทั่วไป พวกเขาไม่ได้ใช้ RGB เพื่อกำหนดสามมิติของช่องว่าง. แต่พวกเขาใช้แผนที่ระดับสีเทาที่ทำงานในทิศทางขึ้นหรือลง โดยที่สีดำเป็นจุดต่ำสุดของรูปทรงเรขาคณิตและสีขาวเป็นจุดที่สูงที่สุด

อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียคือ ชน แผนที่พื้นผิว เหมาะสมที่สุดสำหรับ surfaces . แบบแบนที่สุด เนื่องจากการปลอมแปลงเรขาคณิตบนวัตถุทรงกลมและ edge ของพวกมันกำลังสะดุด

ความไม่ถูกต้องนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้มาตราส่วนหันไปทางแผนที่ปกติ

การสะท้อน

สุดท้าย แผนที่สะท้อนจะเทียบเท่ากับแผนที่ความเงา/ความหยาบในเวิร์กโฟลว์ PBR โดยปกติแล้วจะเป็นค่าคงที่ที่ใช้ในการกำหนดตำแหน่งที่วัตถุของคุณควรสะท้อนกลับ 

บันทึก: การสะท้อนกลับสามารถมองเห็นได้บนวัตถุทั้งหมด เว้นแต่คุณจะใช้วัสดุที่แตกต่างกัน 

การทำงานกับพื้นผิวไม่ใช่เรื่องง่าย คุณควรจะได้รับมันแล้ว การทำแผนที่พื้นผิวเป็นทักษะที่สำคัญอย่างยิ่งในการทำให้เชี่ยวชาญ เนื่องจากพื้นผิวทำให้วัตถุ 3 มิติของคุณสมบูรณ์ จึงเป็นก้าวสำคัญที่คุณไม่ควรพลาดเมื่อเรียนรู้ วิธีทำโมเดล 3 มิติ.

polygon mesh ธรรมดาๆ จะไม่สวยงามเท่าพื้นผิว จริงไหม?