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在 3D 建模中，曲面由多邊形表示。照明計(jì)算是基于這些多邊形的幾何形狀執(zhí)行的，就像藝術(shù)家使用著色技術(shù)來模仿三維空間一樣。這種方法非常有效；但是，它可能會占用大量計(jì)算量，從而限制了可能的整體細(xì)節(jié)水平。法線貼圖通過修改光線與曲面的交互方式，在不改變基礎(chǔ)幾何體的情況下，提供了一種出色的輕量級解決方案。

法線貼圖以紋理圖像的形式存儲有關(guān)表面的信息。通過在紋理中編碼曲面法線，法線貼圖可以模擬曲面細(xì)節(jié)的外觀，例如凹凸、劃痕、皺紋等，而不會增加以下幾何體的復(fù)雜性。

法線貼圖是在渲染期間使用法線貼圖中修改后的表面法線計(jì)算的。由于這些計(jì)算的計(jì)算密集度較低，因此甚至可以實(shí)時(shí)完成高水平的細(xì)節(jié)，這使得法線貼圖成為視頻游戲開發(fā)人員使用的流行技術(shù)。

GLTF材質(zhì)編輯器

法線貼圖技術(shù)

總的來說，法線貼圖是一種通用技術(shù)，任何 3D 藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師都應(yīng)該使用它來加速和改進(jìn)他們的工作流程。

你會看到法線貼圖不僅用于硬件約束極其重要的場景，如視頻游戲，需要為玩家實(shí)時(shí)渲染場景，而且還用于計(jì)算機(jī)動畫電影、建筑可視化和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

法線貼圖不會影響對象的顏色，因此您會看到它最常用于對象表面不完全平坦或光滑的情況。公平地說，這意味著幾乎每個(gè) 3D 模型都可以使用法線貼圖來批準(zhǔn)其真實(shí)感，包括磨損的皮革、凹凸不平的木紋、人體皮膚、織物等等。

GLTF材質(zhì)編輯器

有幾種基本工具和軟件通常用于法線貼圖。以下是其中的一些：

1. 3D 建模軟件：使用 Blender、Maya、ZBrush 等工具創(chuàng)建將用于法線貼圖的模型。有許多出色的軟件解決方案，它們都帶來了自己的建模和雕刻方法。

2. 紋理繪制軟件：Substance 3D Painter 甚至 Adobe Photoshop 等軟件可用于創(chuàng)建和編輯紋理貼圖，包括法線貼圖。

3.紋理貼圖工具：GLTF 編輯器 -NSDT?是一款專門用于3D模型紋理貼圖的工具，它支持3D模型各種材質(zhì)紋理貼圖的編輯修改，包括：顏色、粗糙度、金屬度、貼圖、頂點(diǎn)顏色、自發(fā)光貼圖、透明貼圖、凹凸貼圖、法線貼圖、位移貼圖、粗糙貼圖、金屬貼圖、光照貼圖、透明度等。

4. 游戲引擎：虛幻引擎和 Unity 等游戲引擎內(nèi)置了對法線貼圖的支持。這些引擎提供了必要的工具和渲染功能，以利用法線貼圖。它們在創(chuàng)建渲染和創(chuàng)建游戲體驗(yàn)時(shí)同樣出色。

5. 著色器編程語言：了解 HLSL（高級著色語言）或 GLSL（OpenGL 著色語言）等著色器編程語言對于創(chuàng)建利用法線映射的自定義著色器很有用。這些語言允許開發(fā)人員定義光照如何與法線貼圖和其他紋理貼圖交互，以實(shí)現(xiàn)驚人的視覺效果。

此列表可能并不包羅萬象，但它為創(chuàng)作者提供了一個(gè)很好的起點(diǎn)，可以對法線貼圖以及如何在實(shí)時(shí)渲染環(huán)境中實(shí)現(xiàn)它們有基本的了解。

GLTF材質(zhì)編輯器

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法線貼圖與凹凸貼圖的區(qū)別

法線貼圖和凹凸貼圖是用于向 3D 模型添加曲面細(xì)節(jié)的類似技術(shù)。它們在表示和操作曲面法線的方式上有所不同。以下是您需要了解的有關(guān)它們差異的所有信息。

凹凸貼圖

凹凸貼圖也可以稱為高度貼圖或位移貼圖。它們存儲表示曲面變化的高度信息。它們使用灰度圖像，其中較亮或較暗的值表示表面的較高或較低區(qū)域。凹凸貼圖通過根據(jù)這些灰度值擾動曲面法線，在渲染時(shí)修改模型的幾何圖形。因此，雖然這種技術(shù)在渲染過程中光線與模型交互時(shí)會產(chǎn)生表面細(xì)節(jié)的錯(cuò)覺，但凹凸貼圖根本不存儲表面法線，只存儲高度信息。

法線貼圖

法線貼圖使用 RGB 圖像存儲顯式表面法線信息，其中每個(gè)顏色通道表示每個(gè)紋素處表面法線矢量的 X、Y 和 Z 分量。法線貼圖捕獲了有關(guān)曲面方向的更多信息。法線貼圖不會影響模型本身的幾何體，但仍會修改光線在其周圍的交互方式。

與凹凸貼圖相比，法線貼圖提供了最準(zhǔn)確的結(jié)果，僅捕獲高度變化之外的表面細(xì)節(jié)。

法線貼圖的優(yōu)缺點(diǎn)。

總而言之，法線貼圖有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)和一些潛在的缺點(diǎn)。以下是需要考慮的法線映射的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

法線貼圖的優(yōu)點(diǎn)

1. 逼真的表面細(xì)節(jié)：法線貼圖允許在不增加幾何復(fù)雜性的情況下添加復(fù)雜的表面細(xì)節(jié)。

2. 效率：法線映射是一種計(jì)算效率高的技術(shù)，尤其是與增加模型的多邊形數(shù)量以實(shí)現(xiàn)表面細(xì)節(jié)相比。

3. 減少內(nèi)存需求：法線貼圖以紋理格式存儲信息，與存儲幾何體信息相比，紋理格式通常使用更少的內(nèi)存。

4.可重用性：法線貼圖可以很容易地應(yīng)用于不同的模型，允許美術(shù)師和開發(fā)人員在多個(gè)資產(chǎn)中重用它們。這樣可以節(jié)省時(shí)間、精力和產(chǎn)品的最終尺寸。

5. 交互式照明效果：法線貼圖增強(qiáng)了光線與模型的交互，允許動態(tài) 3D 照明效果，例如鏡面高光、陰影變化和更準(zhǔn)確的反射。

法線映射的缺點(diǎn)

1. 有限的幾何體改變：法線貼圖只影響曲面細(xì)節(jié)的外觀，不能修改幾何體。它們創(chuàng)造的錯(cuò)覺通常是有用的，盡管有時(shí)當(dāng)需要實(shí)際修改幾何形狀時(shí)，可能需要其他技術(shù)。

2. 創(chuàng)建和編輯：創(chuàng)建高質(zhì)量的法線貼圖可能很困難，需要專業(yè)知識和軟件。由于數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，編輯法線貼圖可能很困難。

3. 紋理空間限制：法線貼圖需要額外的紋理空間，因?yàn)樗鼈兺ǔ４鎯?RGB 圖像。這可能會影響整體內(nèi)存使用率，在某些情況下可能需要仔細(xì)優(yōu)化。

4. 切線空間限制：法線貼圖通常在切線空間中定義，這意味著它們?nèi)Q于模型的方向和 UV 坐標(biāo)。當(dāng)將相同的法線貼圖應(yīng)用于具有不同UV布局或方向的模型時(shí)，這有時(shí)會導(dǎo)致視覺偽影。

盡管存在一些限制，但法線貼圖是實(shí)時(shí)提高 3D 模型視覺質(zhì)量和真實(shí)感的最有效技術(shù)。法線貼圖在性能和視覺保真度之間實(shí)現(xiàn)了健康的平衡，使其成為 3D 紋理和渲染的寶貴工具。

使用法線貼圖的時(shí)機(jī)

當(dāng)需要實(shí)時(shí)渲染時(shí)，需要法線貼圖來保持場景中的低多邊形計(jì)數(shù)，同時(shí)保持高視覺保真度。通常用于在不使用更多多邊形的情況下添加細(xì)節(jié)。此技術(shù)的常見用途是通過從高多邊形模型或高度貼圖生成法線貼圖，從而大大增強(qiáng)低多邊形模型的外觀和細(xì)節(jié)。法線貼圖用于重新細(xì)化簡化的網(wǎng)格。

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