رسم الخرائط النتوئية

رسم الخرائط النتوئية ^{[ 1 ]} هي تقنية لرسم الخرائط النسيجية في رسومات الحاسوب ، تُستخدم لمحاكاة النتوءات والتجاعيد على سطح جسم ما. ويتحقق ذلك عن طريق تغيير متجهات السطح العمودية للجسم، واستخدام هذه المتجهات المُعدّلة أثناء حسابات الإضاءة. والنتيجة هي سطح يبدو خشنًا بدلًا من سطح أملس، على الرغم من أن سطح الجسم الأساسي لا يتغير. وقد طوّر جيمس بلين تقنية رسم الخرائط النتوئية عام 1978. ^{[ 2 ]}

مبادئ

تقنية رسم الخرائط النتوئية هي أسلوب في رسومات الحاسوب يُستخدم لجعل السطح المُصوَّر يبدو أكثر واقعية من خلال محاكاة إزاحات صغيرة فيه. ولكن، على عكس رسم الخرائط الإزاحية ، لا يتم تعديل هندسة السطح، بل يتم تعديل متجه السطح العمودي فقط كما لو كان السطح قد أُزيح. ثم يُستخدم متجه السطح العمودي المُعدَّل في حسابات الإضاءة (باستخدام نموذج انعكاس فونغ ، على سبيل المثال )، مما يُعطي مظهرًا تفصيليًا بدلًا من سطح أملس.

تُعد تقنية رسم الخرائط النتوئية أسرع بكثير وتستهلك موارد أقل للحصول على نفس مستوى التفاصيل مقارنةً بتقنية رسم الخرائط الإزاحية لأن الهندسة تظل دون تغيير.

توجد أيضًا امتدادات تُعدّل معالم سطحية أخرى بالإضافة إلى زيادة الإحساس بالعمق. يُعدّ رسم خرائط التزيح ورسم خرائط الأفق مثالين على هذه الامتدادات. ^{[ 3 ]}

يتمثل القيد الرئيسي لتقنية رسم الخرائط النتوئية في أنها تُغير فقط متجهات السطح العمودية دون تغيير السطح الأساسي نفسه. ^{[ 4 ]} وبالتالي، تبقى الصور الظلية والظلال دون تغيير، وهو ما يظهر جليًا عند محاكاة إزاحات كبيرة. يمكن التغلب على هذا القيد باستخدام تقنيات أخرى، مثل رسم الخرائط الإزاحية حيث تُطبق النتوءات على السطح، أو باستخدام سطح متساوي القيمة .

طُرق

توجد طريقتان أساسيتان لتنفيذ رسم الخرائط النتوئية. تستخدم الأولى خريطة الارتفاع لمحاكاة إزاحة السطح، مما ينتج عنه متجه عمودي مُعدَّل. هذه هي الطريقة التي ابتكرها بلين ^{[ 2 ]} ، وهي ما يُشار إليها عادةً برسم الخرائط النتوئية ما لم يُذكر خلاف ذلك. تتلخص خطوات هذه الطريقة فيما يلي.

قبل إجراء حساب الإضاءة لكل نقطة مرئية (أو بكسل ) على سطح الجسم:

ابحث عن الارتفاع في خريطة الارتفاعات الذي يتوافق مع الموضع على السطح.
احسب متجه السطح العمودي لخريطة الارتفاع، عادةً باستخدام طريقة الفروق المحدودة .
قم بدمج العمودي السطحي من الخطوة الثانية مع العمودي السطحي الحقيقي ("الهندسي") بحيث يشير العمودي المدمج في اتجاه جديد.
احسب تفاعل السطح "الوعر" الجديد مع الأضواء في المشهد باستخدام، على سبيل المثال، نموذج انعكاس فونغ .

والنتيجة هي سطح يبدو وكأنه ذو عمق حقيقي. كما تضمن الخوارزمية تغير مظهر السطح مع تحرك الأضواء في المشهد.

أما الطريقة الأخرى فهي تحديد خريطة عادية تحتوي على المتجه العمودي المُعدَّل لكل نقطة على السطح مباشرةً. ولأن المتجه العمودي يُحدَّد مباشرةً بدلاً من اشتقاقه من خريطة الارتفاع، فإن هذه الطريقة عادةً ما تُؤدي إلى نتائج أكثر قابلية للتنبؤ. وهذا يُسهِّل على الفنانين العمل بها، مما يجعلها الطريقة الأكثر شيوعًا لرسم الخرائط النتوئية اليوم. ^{[ 5 ]}

تقنيات رسم الخرائط النقطية في الوقت الحقيقي

مثال على رسم خرائط نتوءات وهمية في الوقت الفعلي. من اليسار:
صورة نقطية سطحية، ضبابية عمداً،
مصدر صورة نقطية للضوء،
تأثير رسم الخرائط النتوئية مع دوران مصدر الضوء $1=x^{2}+y^{2}/x^{2}$ مسار.

{\displaystyle 1=x^{2}+y^{2}/x^{2}} — مثال على رسم خرائط نتوءات وهمية في الوقت الفعلي. من اليسار:
صورة نقطية سطحية، ضبابية عمداً،
مصدر صورة نقطية للضوء،
تأثير رسم الخرائط النتوئية مع دوران مصدر الضوء $1=x^{2}+y^{2}/x^{2}$ مسار.

يستخدم مبرمجو الرسومات ثلاثية الأبعاد في الوقت الحقيقي في كثير من الأحيان أشكالًا مختلفة من هذه التقنية لمحاكاة رسم الخرائط النتوئية بتكلفة حسابية أقل.

إحدى الطرق الشائعة هي استخدام هندسة ثابتة، مما يسمح باستخدام متجه السطح العمودي لخريطة الارتفاع بشكل مباشر تقريبًا. وبالاقتران مع جدول بحث مُعدّ مسبقًا لحسابات الإضاءة، يمكن تطبيق هذه الطريقة بحلقة بسيطة وسريعة للغاية، مما يُتيح تأثيرًا بملء الشاشة. كانت هذه الطريقة من التأثيرات البصرية الشائعة عند ظهور تقنية رسم الخرائط النتوئية لأول مرة.

انظر أيضاً

مراجع

↑ "رسم خرائط النتوءات والبيئة" (ملف PDF) . ics.uci.edu .
1 2 بلين، جيمس ف. "محاكاة الأسطح المتجعدة" ، رسومات الحاسوب، المجلد 12 (3)، ص 286-292 SIGGRAPH -ACM (أغسطس 1978)
↑ لينجيل، إريك (يوليو 2019). أسس تطوير محركات الألعاب، المجلد 2: العرض . شركة تيراثون للبرمجيات. رقم ISBN 978-0-9858117-5-4.
^ تجميع خريطة النتوء في الوقت الفعلي ، جان كاوتز¹ ، وولفغانغ هايدريشي² وهانز بيتر سايدل¹ ، (¹ معهد ماكس بلانك للمعلوماتية،² جامعة كولومبيا البريطانية)
↑ ميكلسن، مورتن (2008). "محاكاة الأسطح المتجعدة: نظرة جديدة" (ملف PDF) . ص 7 (القسم 2.2). مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 26-05-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-08-2011 .

روابط خارجية

تظليل النتوءات للنسيج الحجمي ، ماكس، إن إل، بيكر، بي جي، رسومات الحاسوب وتطبيقاتها، معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات، يوليو 1994، المجلد 14، العدد 4، الصفحات 18-20، الرقم الدولي الموحد للدوريات 0272-1716
إنشاء متجهات بسيطة لكل بكسل من تدرج الرمادي لكي تعمل خريطة النتوءات، وأكثر من ذلك.
مثال على رسم الخرائط النتوئية ( تطبيق جافا صغير )

[1] "رسم خرائط النتوءات والبيئة" (ملف PDF) . ics.uci.edu .

[Blinn-2] 1 2 بلين، جيمس ف. "محاكاة الأسطح المتجعدة" ، رسومات الحاسوب، المجلد 12 (3)، ص 286-292 SIGGRAPH -ACM (أغسطس 1978)

[3] لينجيل، إريك (يوليو 2019). أسس تطوير محركات الألعاب، المجلد 2: العرض . شركة تيراثون للبرمجيات. رقم ISBN 978-0-9858117-5-4.

[4] تجميع خريطة النتوء في الوقت الفعلي ، جان كاوتز¹ ، وولفغانغ هايدريشي² وهانز بيتر سايدل¹ ، (¹ معهد ماكس بلانك للمعلوماتية،² جامعة كولومبيا البريطانية)

[Mikkelsen-5] ميكلسن، مورتن (2008). "محاكاة الأسطح المتجعدة: نظرة جديدة" (ملف PDF) . ص 7 (القسم 2.2). مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 26-05-2019 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 05-08-2011 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]