Speciale Bump e Normal Mapping

Bump Mapping

Il Bump Mapping è una tecnica che viene utilizzata per aumentare la complessità degli oggetti realizzati in 3D, senza modificare la struttura geometrica di partenza. Questo è un effetto che viene applicato dal motore di rendering in post-produzione così da ricreare asperità, solchi, sporgenze e decalcomanie varie sulle superfici senza appesantire la scena. Il Bump Mapping si basa su una sovrapposizione di una seconda texture applicata sull'originale, caratterizzata da una gradazione cromatica in scala di grigio: a seconda dei valori di luminanza dell'immagine, il bump creerà l'effetto desiderato facendo corrispondere alle zone della texture di colore bianco superfici con una sporgenza maggiore ed, in quelle di colore nero, depressioni e avvallamenti.

Displacement Mapping

Analogamente al Bump Mapping, esiste un'altra tecnica per la creazione di questa tipologia di effetti: il Displacement Mapping. Il Displacement conserva la maggior parte delle caratteristiche del Bump Mapping con un'unica differenza: il processo di mappatura delle dislocazioni perturba fisicamente la superficie, aumentandone la complessità della geometria stessa. Tutte le modifiche applicate al modello originale saranno soggette a qualsiasi altro elemento dell'ambiente: proietteranno ombre proprie, nasconderanno gli altri oggetti e così via. Grande neo di questa tecnica è la pesantezza nella gestibilità di scene con una grande quantità di elementi e, con la corsa sfrenata al fotorealismo che comporta la realizzazione di realtà sempre più particolareggiate, si è sollevata l'esigenza di studiare una metodologia di mappatura che non inficiasse negativamente sulla fluidità finale del motore poligonale.

Normal Mapping

Il Bump Mapping ed il Displacement Mapping sono stati sostituiti ( o affiancati, nel caso del bump mapping ) da una nuova tecnologia molto più efficiente, denominata Normal Mapping. Questa è una complessa tecnica di mappatura che genera l'effetto codificando la normale nel punto di applicazione (la normale è la retta perpendicolare al punto appartenente al piano), sfruttando delle texture di riferimento non a scala di grigio (come accadeva precedentemente per il bump e displacement) bensì con le informazioni registrate nei tre canali dell'RGB ("Red", "Green", "Blu"). Nella Normal Map ogni pixel appartenente allo spazio colore RGB modificherà le coordinate "xyz" della normale in quel punto corrispondente sull'oggetto. Tutto questo avviene al momento del rendering, lo shader, sfruttando le informazioni contenute nella normal map, calcolerà il comportamento della luce sull'oggetto, simulando increspature, avallamenti, e tutti i dettagli modellati nell'oggetto ad alta densità e trasferiti sull'oggetto a bassa densità poligonale. Il risultato è molto preciso e realistico, paragonabile a quanto ottenibile renderizzando geometrie complesse composte da milioni di triangoli, pur conservando la leggerezza dei modelli "low polygon". Il limite delle normal map si nota ai bordi degli oggetti, il dettaglio poligonale infatti è simulato solo all'interno della mesh "low polygon". Ad esempio se applicata per aggiungere dettaglio ad un volto composto da pochissimi poligoni, avremo un viso espressivo e dettagliato (rughe, pieghe, pori) ma i bordi del cranio, mostreranno sempre la loro pochezza poligonale, apparendo tutto fuorchè sferici.

Parallax Mapping

Per concludere, arriviamo ad esporre una new entry degli engine di nuova concezione: il Parallax Mapping. Questa è una tecnica studiata appositamente per risolvere i problemi sollevati dall'appiattimento di una texture su di una superficie in visuali prospettiche. Pensiamo, ad esempio, alle mappe impiegate per simulare superfici rocciose o muri di pietra: a seconda del punto di vista della telecamera, la texture perde più o meno l'illusione della tridimensionalità. Il Parallax Mapping riesce a gestire direttamente le informazioni di mappatura sul singolo pixel ed, in base ad esse ed all'angolo di visuale, modifica le coordinate spaziali del punto aumentandone o diminuendone la profondità. Utilissimo per ricreare decalcomanie quali fori di proiettili o muri di pietra.

Steep Parallax Mapping

Ulteriore affinamento del Parallax Mapping è lo Steep Parallax Mapping che aggiunge effetti di Self-occlusion (per Self-occlusion si intende la capacità dell'oggetto di nascondere alla vista parti di esso quando ruota su di un asse verticale) e Self-shadowing (la capacità di generare ombre proprie). L'effetto finale è ancora più realistico del precedente.