平行空间数码—讲解虚拟现实法线贴图技术的应用

    遍观国内行业现状，有虚拟仿真方面项目需求的客户在很长一段时期内，往往被一些别有用心的公司以及团队带入一种误区---“仿真软件，要的是仿真度，表现在硬件，装修，外设，机壳，或者物理，人工智能等程序逻辑方面，而画面并不重要云云，大概有那么点意思就可以了......” 

    但事实真的如此么？虚拟仿真技术的应用在各行各业的需求日益扩大的今天，国外同类产品已经树立了一个又一个的次世代级标准，而这几年国内行业也流行一个专业名词“沉浸式”，沉浸式体验，沉浸式仿真模拟，笑话！停留在八九十年代的软件画面水准让您沉浸，您怎么能沉浸的下去，亲~~ 游泳池一般的海洋效果可以么？，亲~~家用鱼缸一般的所谓海底世界可以么？

    “次世代”一词源于日本片假名直引为中文，英文为Next Generation，本意为下一代，新一代，也就是高端，前沿的代名词。

    次世代级效果--极具真实感的人工智能，物理仿真模拟，外加照片级画面一直是客户和开发人员共同最求的最高产品指标。

    但要想达到这样的高度，必然会涉及大量的次时代级产品开发相关技术知识，这些技术一度掌握并封锁在极少部分公司和团队手中，我们受投影时代之邀，特开此专题，向大家首次披露次世代级项目开发内幕，希望大家喜欢。 

    此次给大家介绍法线贴图技术，虚拟仿真软件和游戏软件近几年画质的大幅度提升得益于法线贴图技术的大规模应用，它是可以应用到3D表面的一种特殊纹理，不同于以往的纹理只可以用于2D表面。作为凹凸纹理的扩展，它包括了每个像素的高度值，内含许多细节的表面信息，能够在平平无奇的物体上，创建出许多种特殊的立体外形。你可以把法线贴图想像成与原表面垂直的点，所有点组成另一个不同的表面。对于视觉效果而言，它的效率比原有的表面更高，若在特定位置上应用光源，可以生成精确的光照方向和反射。 

    这几年法线贴图多用在CG动画的渲染以及画面的制作上，将具有高细节的模型通过映射烘焙出法线贴图，贴在低端模型的法线贴图通道上，使之拥有法线贴图的渲染效果，却可以大大降低渲染时需要的面数和计算内容，从而达到优化动画渲染的。

    法线贴图是一直比较被关注的技术，也是很长一段时期内CG领域的一大主流技术，法线贴图是一种显示三维模型更多细节的重要方法，它解算了模型表面因为灯光而产生的细节。这是一种2维的效果，所以它不会改变模型的形状，但是它计算了轮廓线以内的极大的额外细节。在处理能力受限的情况下，这对实时画面软件引擎是非常有用的，另外当你渲染动画受到时间限制时，它也是及其有效的解决办法。

    更具体的来说，比如动视暴雪的大作《使命召唤：现代战争》系列的特效就使用了大量的法线贴图。打开这项特效后，你就可以明显的看到狙击枪的狙击镜上多出了一片透光的玻璃片，并且法线贴图质量越高就越清晰，越生动。反之，关掉法线贴图就无法看到这层玻璃片。这是相对于《使命召唤：现代战争》来说的一个非常重要的画质提升，在以后使用Sharder Model 3.0的游戏上都将会加入法线贴图以提升游戏的画质。 

    我们用两张图来对比不使用法线贴图技术的画面和使用了法线贴图技术的画面，更直观的感受一下：

    一图胜千言，图中左边是几百个多边形构成的3d模型加一张法线贴图而得到的效果，右边则是几千多边形渲染出的效果。大家可以看到，左边使用了法线贴图技术的低模，除了在模型边缘处表现为模型本身的结构，而大猩猩的肌肉以及皱纹等细节都保留了下来，在实时图像引擎里，效能则显得尤为重要，作为仿真模拟等强调实时交互性的应用软件来说更是如此，否则用户体验将大打折扣。待续... 

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