Texture Mapping

Der Begriff Texture Mapping (deutsch etwa „Musterabbildung“) bezeichnet ein Verfahren der 3D-Computergrafik. Es dient dazu, die Flächen dreidimensionaler Oberflächenmodelle mit zweidimensionalen Bildern – sogenannten „Texturen“ – und Oberflächeneigenschaften auszustatten. Texturen lassen computergenerierte Bilder detailreicher und realistischer erscheinen, ohne dass das zugrundeliegende Modell selbst verfeinert werden muss.

PBR-Pipeline

Physically Based Rendering (PBR) ist die physikalisch plausible Annäherung an Reflexionseigenschaften von Oberflächen. Man unterscheidet zwei grundlegende Arbeitsmethoden:

1. die metallische Rauheit mit den Kerneingängen Grundfarbe, Metallizität und Rauheit,
2. der spiegelnde Glanz mit diffuser Farbe, Spiegelung und Glanz.

Die gebräuchlichsten Texturen, die zur Simulation der Eigenschaften des physischen Objekts erzeugt werden, sind:

• Diffuse Map (auch Albedo Map, Texture Map)
• Normal Map
• Metallic oder Specular Map
• Roughness Map (im Gegensatz zur Smoothness Map)
• Ambient Occlusion (AO) Map

Zur Erzeugung von photogrammetrischen PBR-Materialkarten wird die Software Materialize eingesetzt. Die Erzeugung ist in zwei Schritte unterteilt:

1. Schritt: Diffuse Map und Bump Map (Height Map + Normal Map)
2. Schritt: Vollständiges PBR-Material auf dieser Basis

Diffuse Map

_d maps
Diese Textur enthält die Grundfarbinformationen der Oberfläche oder die Grundreflexion (Oberflächenfarben, Muster), wenn die Texel metallisch sind. Die Albedo-Map sammelt keine Beleuchtungsinformationen im Vergleich zur diffusen Karte. Schatten und Reflektionen werden nachträglich und im Zusammenhang mit der Visualisierungsszene hinzugefügt.

Bump Map

Bump Mapping ist eine Textur-Mapping-Technik in der Computergrafik zur Simulation von Unebenheiten und Falten auf der Oberfläche eines Objekts. Beim Bumpmapping wird die Beleuchtungsberechnung mit einem über die Oberfläche variiertem Normalvektor gemacht. Dies wird erreicht, indem die Oberflächennormalen des Objekts gestört werden und die gestörten Normalen bei der Beleuchtungsberechnung verwendet werden. Das Ergebnis ist eine scheinbar unebene statt einer glatten Oberfläche, obwohl die Oberfläche des darunter liegenden Objekts nicht verändert wird. Normal Mapping ist die am häufigsten verwendete Variante des Bump Mapping.

Height Map

Die relativen Höheninformationen (Vorsprünge und Vertiefungen) liegen in einer Textur in Form von Graustufen vor – der sogenannten Heightmap. Jeder Grauwert steht für eine bestimmte Höhe. Normalerweise ist Schwarz (Wert 0) die „tiefste“ Stelle und Weiß (Wert: 255) die „höchste“.

In Materialize 1.78 wird aus einem Bild zuerst die Height Map erstellt. Die meisten modernen 3D-Computermodellierungsprogramme sind in der Lage, Daten von Höhenkarten in Form von Bump-, Normal- oder Verschiebungskarten zu verwenden, um schnell und präzise komplexe Gelände- und andere Oberflächen zu erstellen.

Normal Map

_n maps
Normal Mapping (oder auch Dot3 bump mapping, displacement mapping) ist ein Begriff aus der 3D-Computergrafik und wird dazu verwendet, größeren Detailreichtum in Schattierungen zu erzielen, ohne die Zahl der Polygone zu erhöhen.

Beim Normal Mapping werden die für die Beleuchtung relevanten Informationen über die Ausrichtung der Normalen von einem hoch auf ein niedrig aufgelöstes 3D-Modell übertragen. Das Detail der Oberfläche bleibt somit optisch erhalten. Sichtbar ist das niedrige Detail lediglich an der Silhouette.

Specular Map

_s maps
Die Specular- oder Metallic- oder Gloss-Maps geben mit einer Graustufenmaske den Glanzgrad nicht gleichmäßig glänzender Oberflächen an. Der Glanz ist besonders stark bei Metallen, Keramik und manchen Kunststoffen.

Roughness Map

Die Rauheitskarte (im Gegensatz zur Glattheitskarte) definiert, wie rau jedes Texel ist, die Lichtstreuung und -richtung beeinflusst, während die Lichtintensität konstant bleibt. Materialize verwendet Smoothness statt Roughness. Glättungskarten (auch Glanz genannt) bestimmen, wo das Licht scheint und wo es gestreut wird. Weiße Bereiche sind glänzend, schwarze Bereiche sind rau. Dies spiegelt die Farbe der Umgebung/des Lichts wider, ohne die Farbe des Materials zu mischen, im Gegensatz zu den Specular Maps.

Edge Map

Edge Maps oder Curvature Maps stellen die relative Geometrie des Meshes in Konkavität und Konvexität dar. Dies kann als Maske verwendet werden, um beispielsweise Abnutzungseffekte an Kanten oder Schmutzablagerungen um Hohlräume zu erzeugen. Dies ist eine sehr situationsabhängige Karte, die in den meisten Fällen nicht benötigt wird.

AO Map

Die Ambient Occlusion (AO)-Karte wird verwendet, um Informationen zur indirekten Beleuchtung zu liefern, Einführung eines zusätzlichen Schattierungsfaktors zur Verbesserung der Geometrieoberfläche. Die Karte ist ein Graustufenbild, bei dem weiße Bereiche die Bereiche markieren, die ausschließlich indirekt beleuchtet werden.

Reste

PBR Unterschiede DigitalProduction

• Reihe 1: Diffuse Reflexion mit zunehmender Rauheit
• Reihe 2: Metallische Reflexion mit abnehmender Rauheit
• Reihe 3: Nicht-Leiter mit abnehmender Rauheit
• Reihe 4: Festglas mit zunehmender Rauheit in der Strahlverteilung (Streuung)

MIP-maps

MipMaps im Vergleich zum Ursprungsbild (1024x1024) schrittweise halbiert bis 1x1

MIP ist eine Abkürzung für multum in parvo, was so viel bedeutet wie „viel auf kleinem Platz“. Eine MIP-Map (auch Bildpyramide) ist eine Folge von Rasterbildern desselben Motivs, jedoch mit abnehmender Auflösung. Die Kantenlänge jedes Bildes ist genau halb so groß wie die des Vorgängerbildes. Das kleinste Bild hat je nach Implementierung eine Größe von 1×1 oder 2×2 Pixel. Daraus folgt, dass alle Bilder quadratisch sein müssen und als Kantenlänge eine Zweierpotenz haben. Man spricht bei diesen Stufen auch von Level of Detail (LOD).

Mipmaps haben einen um ⅓ größeren Speicherbedarf als das Ursprungsbild. Nebenstehend: 1024x1024, drei Bitplanes

• ohne Mipmaps 512,1 KB
• mit Mipmaps 682,8 KB
• im Speicher 4MB

DDS-Formate

DDS Speicheroptionen paint.net 5.1

DX9

• DXT1/DXT2 = BC1 (kein alpha-Kanal)
• DXT3/DXT4 = BC2
• DXT4/DXT5 = BC3
• ATI1 = BC4
• ATI2 = BC5

DX11

• BC6 nur HDR-Texturen
• BC7 ersetzt BC1/2/3 (besser)

Fallout 4

• Wenige Polygone (Verschiedenes Inventar und Weltobjekte) 512x512
• Viele Polygone (Kunst, magazine, Bücher) 1024x1024

FO4 (DirectX 11)

• _d BC1 DXT1 (ohne alpha)
• _d BC3 DXT5 (mit alpha)
• _n BC5 Linear (intel)
• _s BC5 Linear (intel)
• alternativ BC7 (DirectX 11) für alles außer _n und _s

_s maps

Basisartikel _s maps täuschen PBR vor Es müssen alle Spec-Maps zwischen Gelb und Rot, Gelb und Grün liegen, und der blaue Kanal (unbenutzt) muss schwarz sein.

• R Metalleigenschaften, Graustufenbild
• G Glanz, Graustufenbild
• B schwarz

ergibt rot/orange/grün, speichern als BC5 ATI2n, kein alpha

_n maps

1. klassische Map anfertigen (bläulich)
2. speichern als BC5 ATI2n (dunkelbraun/grünlich) Blau wird ignoriert

FO4 _n maps haben keinen alpha-Kanal

Seperate RGB-Channel

To isolate each of the R, G, and B channels, duplicate the layer twice (3 total). Use Curves :Curves: in RGB mode on each layer. For each layer, set two of the lines to zero while leaving one intact. For example, to isolate green, set R and B to zero but leave green as it is. Then set the layer blend mode for each layer to additive.

How to perform RGB Split in paint.net (And another method) https://www.youtube.com/watch?v=-RMKl_AK9BE

Separate RGB channels if you're too lazy to install a plugin https://forums.getpaint.net/topic/113050-separate-rgb-channels-if-youre-too-lazy-to-install-a-plugin/ https://www.dropbox.com/s/luldx7eybsag38k/Separate%20RGB%20channels%20if%20you%27re%20too%20lazy%20to%20install%20a%20plugin..pdf?dl=0

Siehe auch

• ResearchGate 2022: UAV photogrammetric survey and Image-Based elaborations for an Industrial Plant - DISEGNARECON https://www.researchgate.net/publication/369944303 (PDF, abgerufen am 01.12.2924)
• Feywick Games © 2024: PBR Materials - Learn the basics of Physically Based Rendering (PBR) https://www.feywickgames.com/pbr-material-basics/ (abgerufen am 02.12.2924)