教大家個使用MAYA中法線貼圖的應(yīng)用的綜述

教大家個使用MAYA中法線貼圖的應(yīng)用的綜述

個人感覺這個教程太有用了，很全面很直觀的分析了MAYA中發(fā)現(xiàn)的各種使用方法及技巧。很是實用收藏一下吧

最近搜集了不少資料和試驗，打算把MAYA中法線貼圖（NORMAL MAP）的相關(guān)信息綜合一下并且心思一下思路。慢慢來！：）

法線貼圖（NORMAL MAP）是一種較新的貼圖技術(shù)，類似于BUMP MAP，通過對模型表面的法線的矯正來用以表現(xiàn)模型的細(xì)節(jié)與紋理，其效果比后者要好，能達(dá)到BUMP MAP所達(dá)不到的效果，但是其并不能真正的在模型表面產(chǎn)生細(xì)節(jié)，相對于DISPLACEMENT MAP而言，又不如其滿意。而且其制作和應(yīng)用很麻煩，問題也很多，所以這種技術(shù)CG中并不常用，不過，在游戲中卻有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展空間。其他不多說了，先來看個圖：

為什么同一個模型（10*10段的多邊形球體）會出來兩種效果，我使用了SOFTEN/HARDEN EDGE命令來柔化了右邊的模型邊，這樣看起來就圓滑了很多！

我現(xiàn)在打開了CUSTOM POLYGON DISPLAY OPTIONS，顯示出來法線來看看區(qū)別：

模型的法線有兩種：點法線和面法線。面法線是在面中心發(fā)出，表示面的方向；而點法線是從點發(fā)出的，取決于點周圍的面的方向，左右模型的區(qū)別說明了SOFTEN/HARDEN EDGE命令工作原理。同時也NORMAL MAP的基礎(chǔ)。（其實還有一種：UV COODINATE NORMAL。但MAYA中似乎沒有這個概念，這個東東是在NORMAL MAP應(yīng)用中許多問題產(chǎn)生的根源，這里暫不講述）

下面我們開始。建立一個POLYGON球體，參數(shù)如下。

然后再復(fù)制出一個隱藏。

對這個球體平滑2次后，用雕刻工具作出一些細(xì)節(jié)。

打開HYPERSHADE，賦予這個球一個新的LAMBERT材質(zhì)。

再建立一個SAMPLEINFO和SETRANGE節(jié)點，作如下連接：

這樣我們把這個球的法線與攝象機(jī)信息輸入，將其輸出到物體材質(zhì)的COLOR上，這里我的材質(zhì)選擇了SURFACESHADER，這并不重要。只是為了方便觀察效果。

調(diào)節(jié)參數(shù)：我們將法線變量轉(zhuǎn)化為顏色值，需要重新定義取值區(qū)間，由[-1，1]轉(zhuǎn)化為[0，1]。

顏色改變，但是你會發(fā)現(xiàn)硬件顯示的顏色與渲染的顏色不一樣！

這可是個問題的關(guān)鍵！而且不管你如何移動或旋轉(zhuǎn)攝象機(jī)和模型，物體的顏色分布都不變化，上面是綠色，左邊藍(lán)，右邊紅。這可不是我們想要的。

這個問題的原因是因為SAMPLEINFO輸出的法線信息是基于攝象機(jī)的，所以與攝象機(jī)關(guān)聯(lián)，而并非物體本身，這樣我們后面的得到的也是不能用的法線信息。

為了解決這個問題，我們斷開SAMLPEINFO和SETRANGE之間的聯(lián)系，新建一個VECTOR PRODUCT節(jié)點，如下連接。

將透視攝象機(jī)的節(jié)點拖進(jìn)，輸入其世界矩陣信息到VECTOR PRODUCT節(jié)點，運算方式為VECTOR MATRIX PRODUCT，再將輸出值連接到SETRANGE的

VALUE上。

這樣做是矢量與矩陣運算，把攝象機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系，這樣攝象機(jī)的變化不在影響物體的顏色分布了，但是如果我們轉(zhuǎn)動物體，問題仍然出現(xiàn)。所以要把物體的變化的信息也要加進(jìn)去，將世界坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為物體坐標(biāo)系。

如果將此時的顏色轉(zhuǎn)換為貼圖，我們就叫它World-space normal map。（后面在介紹這些分類）

如圖再加入如下類似的節(jié)點，注意這次選擇的是WORLD INVERSE MATRIX。

圖中COLORBALL就是這個球體的模型節(jié)點，你可以在OUTLINER中找到它，拖到HYPERSHADE里。

這樣，我們看到顏色顯示與渲染的一致了，以渲染出來的為準(zhǔn)，這樣移動攝象機(jī)或物體，顏色分布就正確的象貼在物體上一樣。

選中球體和其材質(zhì)，使用CONVERT TO FILE TEXTURE OPTIONS將顏色轉(zhuǎn)化為貼圖，參數(shù)如下，分辨率和自行設(shè)置。

此時生成的貼圖，顏色以紅，綠，藍(lán)分布類似彩虹，就叫做

Object- 或 Local-space normal map。這個與上面的World-space normal map看上去會很類似。

下面看看如何使用這張貼圖

顯示出原來的復(fù)制出的那個低精度的球體，命名為NORMALBALL。賦予一個材質(zhì)，然后連接。使用這樣的貼圖相當(dāng)于一次逆運算。我想不用多說了吧。

看看效果，我這里用的SOFTWARE渲染。

效果還不錯，但是問題總是伴隨著，如果我們保持?jǐn)z象機(jī)不動，旋轉(zhuǎn)物體，你看會怎樣？

細(xì)節(jié)正確，但是光影卻完全錯誤，陰影也象貼圖一樣“粘”在模型上，與燈光的位置毫無關(guān)系了，這可是不允許的！

所以，我們還要把NORMBALL的節(jié)點引入，再次逆運算。

這樣，模型細(xì)節(jié)和光影都正常了，旋轉(zhuǎn)模型和鏡頭都沒有問題，可以用于構(gòu)建場景了。

但是，這樣就完了嗎？

我們先來看看在HARDWARE渲染和HIGH QUALITY RENDING渲染結(jié)果。

這是什么玩意的一坨啊？

顯然，在即時運算更新時顯示是不正常的，這意味著對于游戲的設(shè)計顯然是不可用的 ，同樣，MENTALRAY渲染也是不行的！

而且后面還有更大的問題存在呢！

按F9進(jìn)入點元素模式，對這個球隨意進(jìn)行一些變形。

再轉(zhuǎn)回物體模式，渲染看。注意場景中只有一盞燈。

發(fā)現(xiàn)了嗎，光影還是錯誤的，又是這個討厭的問題！

這就意味著如果要在物體以下的級別變形，比如蒙皮，綁定等，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。

在MAYA7以后有這樣一組工具：SURFACE SAMPLER（相當(dāng)于MAYA6中

TRANSFER SURFACE OPTIONS），這個工具里面包含了很多有用的工具。

當(dāng)MAP SPACE選中OBJECT SPACE時，那么TRANSFER IN WORLD SPACE

/OBJECT SPACE所生成的NORMAL MAP就相當(dāng)于World-space normal map

和Object- 或 Local-space normal map。

那么還有個TANGENT SPACE是什么呢？

TANGENT SPACE就是切線坐標(biāo)，即與法線垂直正交的方向，其有個很重要的特性就是它是針對模型上的每個點的坐標(biāo)，而不是整個物體，這正是我們需要的特性。

這個工具的用法我以前的帖子里講過的，很簡單的。文件格式常用TIF的，有很多優(yōu)勢。

生成的貼圖就是所謂的Tangent-space normal map，其明顯不同，顏色是以蘭色為基調(diào)的。這個應(yīng)該說是比較完美的，不會出現(xiàn)前面的問題。來看看。

MAYA中沒有直接的NORMAL MAP的通道，使用麻煩，不象3DMAX或LIGHTWAVE，所以這方面的文章才比較少，不過MAYA7以后加入了，它是隱藏在

BUMP2D的節(jié)點中，使用和BUMP MAP一樣簡單。

打開HIGH QUALITY RENDERING，這樣我們終于看到了期望的結(jié)果。

而且各個角度都正常。

有時硬件即時顯示并不能很正確，如果看不到正確結(jié)果，可以用

HARDWARE渲染一下看。

不過遺憾的是，MAYA中這個節(jié)點只能被硬件渲染，同樣不支持在SOFTWARE和MENTALRAY渲染。但是也是，本來MAYA中這個節(jié)點就是為了制作游戲而生的，針對的多是游戲中的渲染引擎。

還有人用這樣的方法連接：

這種直接連接的方法可得到同樣的硬件渲染效果，也可以 軟件渲染，但是光影失真；不支持MENTALRAY。最大的問題就是：如果要與其他BUMP MAP聯(lián)合使用就會很困難。

繼續(xù)……

至此我們可以先總結(jié)一下，以便有更好的理解和應(yīng)用。

World-space normal map

1. 彩色.

2. 使用后物體不能旋轉(zhuǎn)和以點為基礎(chǔ)的變形，否則材質(zhì)和陰影會亂掉

3. 適用于不動的物體（比如建筑物）.

4. 計算快

Object- or Local-space normal map

1. 和World-space normal map一樣，不同的只是針對了部分元素游戲編碼

2. 物體可以旋轉(zhuǎn)，但是不能在物體以下級別變形.

3. 適用于某些簡單機(jī)械運動中的元素（門，車輛，機(jī)械等）

4. 計算較快

Tangent-space normal map

1. 以蘭色為基調(diào)

2. 物體可以旋轉(zhuǎn)和變形

3. 適用于變形物體（角色，水面，布料等）

3. 計算最慢（并不經(jīng)常）.

如果我們要在軟件渲染或MENTALRAY渲染中也應(yīng)用該則呢們辦呢？

一般來說，在MAYA中或第三方的渲染器渲染NORMAL MAP，需要建立一定的節(jié)點來模擬，這可不是一件愉快的事情。我這里用MAYA的節(jié)點軟件渲染，看看效果：

還不錯，但是它的節(jié)點卻是比較復(fù)雜的。這個節(jié)點來自于headus (metamorphosis) Pty Ltd。但是原節(jié)點的坐標(biāo)并不適用MAYA（針對的是ZBRUSH），我將其修改重新連接。

總的來說就是要把攝象機(jī)的NORMALCAMERA和TANGENTU，V的信息都輸出，與NORMAL MAP輸出的信息進(jìn)行點乘運算，連接到物體材質(zhì)的

NORMALCAMERA。這樣軟件渲染時就可以收集到相應(yīng)信息。

如果需要，我在后面共享了這個節(jié)點，耐心讀完我的帖子，你可以找到它。

適用與任何版本的SOFTWARE渲染，速度較慢，不支持硬件渲染。

但是MENTALRAY就比較麻煩，目前我試驗的節(jié)點如下：

相當(dāng)于在軟件渲染節(jié)點上再與透視攝象機(jī)進(jìn)行矢量矩陣運算，輸出到材質(zhì)。

遺憾的是，只支持MAYA6.5以下的MENTALRAY版本，MAYA7中的MENTALRAY由于更新了渲染方式和代碼，無效！

你也可以使用Jan Sandstrom的JS_Normalmapper的MENTALRAY節(jié)點。但是同樣是不支持MAYA7。

同時，在MENTALRAY渲染中可以使用GLOBAL ILLUMINATION，但開啟FINAL GATHER渲染無效！這是由于FG的運算方式?jīng)Q定的，目前尚未有辦法解決！

下來我們介紹一下NORMAL MAP與BUMP MAP的聯(lián)合使用。

從本質(zhì)來說，NORMAL MAP更接近BUMP MAP而不是DISPLACEMENT MAP。

但是也就是說NORMAL MAP要和BUMP MAP合用，是很難發(fā)現(xiàn)區(qū)別的，所以會產(chǎn)生錯覺，在應(yīng)用中較難發(fā)現(xiàn)錯誤，這是在游戲運用中比較麻煩的，往往不能及時更正，導(dǎo)致計劃拖延。

先來介紹硬件即時渲染中的合用。

BUMP MAP分為BUMP3D和BUMP2D，曾經(jīng)有位介紹過了這兩種

BUMP效果的合用，你可以在以前的帖子里找到。但是在試驗中發(fā)現(xiàn)，如果合用的話，其效果只能在軟件渲染中體現(xiàn)，硬件渲染是無效的。這樣NORMAL MAP和BUMP MAP直接采用這種合用，即時顯示是無法正確的。而我們需要在游戲制作中能即時瀏覽到。

所以我采用了層紋理（LAYERED TEXTURE）來混合。這里用了個BUMP3D的節(jié)點。

在層紋理中混合方式選擇OVER，NORMAL MAP在上層�？刂破銩LPHA值調(diào)節(jié)凸凹效果（或BUMP DEPTH）。注意！這樣做會其實是削弱了NORMAL MAP的效果，所以ALPHA不能太低。其實在后面的SETRANGE節(jié)點的用途是可以輸入表達(dá)式通過與ALPHA值相關(guān)聯(lián)的矯正削弱現(xiàn)象。

你也可以將BUMP3D層放在上層混合，你看看會有什么結(jié)果？

即時顯示的效果出現(xiàn)，但是似乎哪里不對勁。

我前面提到了，這個區(qū)別是很難看出來，因為我們用的BUMP紋理并不是法線貼圖，但是用法是直接連入，但仍有效，是因為其是3D紋理，這點視覺差別是幾乎可以忽略的。

那么實際的用法該如何呢？

這里我們要用到一個小插件：TranSpace（你可以在網(wǎng)上很容易找到）

它的作用是把BUMP信息轉(zhuǎn)化為TANGENT NORMAL信息，可以用來

BAKE NORMAL MAP。

As Color Output：確保顏色值區(qū)間。應(yīng)當(dāng)鉤選。

Invert Y(V)：對于某些ATI和某些其他軟件，要反轉(zhuǎn)Y（V）方向。選擇鉤選

Normalize Output：確保法線值區(qū)間。選擇鉤選。

這個插件可以用我前面的方法模擬，不過很麻煩。

下面是HRADWARE渲染后效果。

BUMP2D的紋理或文件紋理就比較麻煩了。因為大多數(shù)時候，他們并不能被正確的硬件顯示！采用與BUMP3D相同的連接。

解決這個很簡單，只要把BUMP紋理轉(zhuǎn)換成一張法線貼圖就可以了，然后混合。

在軟件渲染中就比較容易，和BUMP嵌套是一樣的，2D和3D紋理都一樣的可以得到滿意的效果。