Автор: Дэвид Грин

Перевод: ScarsSoul 

Оригинал: Terrain Advanced Textures 

Обзор текстурирования ландшафта

 

Текстурирование ландшафта – большая и сложная тема, с огромным разнообразием методов и решений. В этом уроке будет охвачено несколько методов текстурирования, доступных в Unreal Engine 3, наряду с методами повышения качества текстурирования ландшафта, а так же и повышение степени детализации. Этот урок разделен по увеличению сложности, показывающие решения для различных проблем текстурирования.

 

Это продвинутый урок и предполагается, что Вы знакомы со следующим материалом:

 

• создание и редактирование цифровых изображений с помощью программного обеспечения, такого как Adobe PhotoShop;
• создание и редактирование цветовых каналов изображений (RGB) и альфа канала;
• цветные и черно-белые (grayscale) изображения – их различия и применение;
• импорт текстур и настройка свойств текстур;
• основы работы с материалом;
• создание и использование материалов в редакторе материалов;
• дизайн ландшафта - TerrainMaterials и TerrainLayerSetups;
• свойства ландшафта;
• работа с ландшафтом.

 

Пожалуйста, ознакомьтесь с вышеописанным материалом, если Вам требуется дополнительная информация или, если Вы хотите освежить знания по любому из этих вопросов.

 

Есть два основных соображения при разработке системы текстурирования ландшафта: производительности и реалистичность. В большинстве случаев, между ними существует компромисс, однако, следует стараться не допускать случаев, когда производительность приводит к низкому реализму, или высокое визуальное качество в результате дает значительное снижение производительности.

 

 

Текстурирование ландшафта – пояснения

 

Есть ряд технических и художественных вопросов, с которыми сталкивается дизайнеры уровней при попытке создать реалистичное визуальное представление геологического ландшафта.

 

Масштаб текстур

 

В большинстве случаев, UV масштаб текстур применяемых к ландшафту, корректируется таким образом, чтобы они выглядели достаточно точными при ближнем рассмотрении. Трава или не большие камни (изображенные на текстуре), обычно, масштабируются к аналогичному размеру их реальных прототипов. Однако, проблемы в том, что фрагментация/плиточность изображения может стать более заметной, когда Вы смотрите на ландшафт издали, и текстуры определенного размера могут содержать только конечное количество деталей и различий, учтите, что, обычно, чем меньше разрешение текстур, тем заметнее плиточность, а также гораздо меньше детализация.

 

Если UV масштаб текстуры установлен небольшим, плиточность, чаще всего, очень заметна.

 

Если UV масштаб текстуры установлен большим, плиточность менее заметна и ландшафт кажется разнообразней и гораздо детализированней, но в приближении ландшафт выглядит расплывчатым, а размеры объектов на текстуре, таких как трава или камни, кажутся большими, чем реальные.

 

 

Тайлинг текстур

 

Так как текстуры, созданные для использования на ландшафте, обычно, имеют разрешение 512x512, 1024x1024 или 2048x2048, трудно получить наложение текстур по всей поверхности, при котором бы имелся широкий спектр деталей и не было визуальных артефактов плиточности. В большинстве случаев визуальные различия в текстуре, такие как изменение цвета или яркости на текстуре, или наличие конкретных деталях, таких как большой камень в центре текстуры, может привести к тому, что плиточность будет более заметной.

Скорость заполнения (Fillrate)

 

Так как ландшафт часто используется для создания больших наружных сцен, он обычно занимает значительное количество области экрана, обычно от 50% до 75%. Когда сложность материала ландшафта увеличивается, он может потребовать больших вычислительных мощностей на текстурирование, на обработку, создание и рендер текселей на экране. Использование видеоадаптеров с медленным GPU и невысокой fillrates приведет к более медленному рендеру и понизит производительность.

 

 

Unreal Engine

 

У системы ландшафта в Unreal Engine есть определенные пределы на число материалов, которые могут быть применены и число шейдерных инструкций, которые могут быть выполнены. Точное число варьируется в зависимости от дизайна использованных слоев и ограничений конкретных видеоадаптеров. Видеоадаптеры с поддержкой 2 и 3 шейдеров, поддерживают 16 Texture Samplers. Каждая уникальная текстура, используемая в каждом материале ландшафта, потребует одного из этих образцов (samplers). Обратите внимание, что видеоадаптеры с поддержкой 2 шейдеров неспособны отрендерить материал ландшафта столь же сложный как видеоадаптеры с поддержкой 3 шейдеров. Texture Samplers будут рассмотрены более подробно позже в этом туторе.

 

Из-за этих ограничений в аппаратных средствах и рендеринге, благоразумно проектировать все материалы ландшафта, таким образом, чтобы использовать как можно меньше различных текстур, а в материалах наименьшее число шейдерных инструкций, для достижения желаемого результата текстурирования.

 

 

Экземпляры материалов (Material Instancing)

 

Система материалов в Unreal Engine поддерживает такую возможность как экземпляры материалов (Material Instancing (http://udn.epicgames.com/Three/InstancedMaterials.html)). В сущности, это обеспечивает новые материалы, которые основаны на изменении радетельского/исходного материала (Parent Material). Родительский материал, включает в себя один или несколько параметрических выражений (Parameter Expressions), и при разрешении их модификации в экземпляре материала позволяют изменять подмножество свойств нового материала. Экземпляры материала не требуют перекомпиляции родителя.

 

Простой пример – родительский материал и экземпляр материала при этом второй материал другого цвета. Нет никаких причин для создания двух отдельных материалов, когда можно просто создать параметр (parameter) для родителя, который обеспечил бы изменение RGB цвета в его экземплярах.

 

Использование экземпляров материала и параметрических выражений позволит иметь у одного родительского материала несколько копий экземпляров с различными значениями цвета, прозрачности, смешивания и т.д и т.п.

 

Самые распространенные параметрические выражения это узлы ScalarParameter и VectorParameter. Узел ScalarParameter похож на узел Constant, поскольку он имеет единственное значение с плавающей точкой, а узел VectorParameter аналогичен узлу Constant4Vector - четыре значения с плавающей точкой, ARGB.

 

У каждого параметрического выражения есть свойство "ParameterName", которое позволяет определять название для параметра, который отображается в любом экземпляре материала. Советуем Вам использовать подробное/смысловое имя, такое как "DiffuseColor" или "BlendAmount".

 

Замете, что при использовании экземпляров материала, у родительских материалов, а так же у имен параметров должны быть уникальные имена, иначе, когда конечный материал для компонента ландшафта откомпилирован, получающийся рендер материал может быть неправильным.

 

 

 

Выражения материала – строительные блоки

 

Многие из сложных систем материалов, которые мы будем проектировать для ландшафта, используют ряд общих "строительных блоков" (building blocks) для каждого текстурного слоя ландшафта. Итак, сначала мы будем изучать и описывать функции этих разделов материалов.

 

 

Diffuse текстура – яркость и оттенок

 

Чтобы сократить количество Textures Samples на ландшафте, а также общее количество текстур в игре возможно использование модификаторов яркости и оттенка. Вместо того, чтобы создать несколько версий файла текстуры с различной яркостью и оттенком, например, светло-коричневый и темно-коричневый песок, просто изменим текстуру в пределах материала, используя узел Multiply*, которой изменяет каналы RGB в зависимости от значений узла VectorParameter.

 

Измените RGB свойства VectorParameter, чтобы изменить яркость текстуры и ее оттенок. Значение по умолчанию 1.0,1.0,1.0,1.0 (последняя альфа) значение VectorParameter можно оставить по умолчанию 1.0 и не забудьте дать имя параметру.

 

 

 

 

* Multiply - узел Multiply имеет два входа, умножает их и выводит результат. Умножение происходит по каналам. Не забывайте, что материалы в UE3 не ограничены [0,1]! Если цвет/значение больше чем 1, Multiply фактически осветляет цвета.

Примеры: Multiply значений 0.4 и 0.5 будет 0.2; Multiply значений (0.2,-0.4,0.6) и (0.0,2.0,1.0) будет (0.0,-0.8,0.6); Multiply значений (0.2,-0.4,0.6) и 0.5 будет (0.2,-0.4,0.6)

 

 

Яркость микрофактурных/детальных текстур (diffuse detail texture)

 

При использовании черно-белой (grayscale) микрофактурных текстур для увеличения качества diffuse текстур (борется с "размазыванием" как при ближнем рассмотрении, так и на мип-уровнях), часто требуется настройка яркости микрофактурной текстуры, чтобы она не изменяла общую яркость diffuse текстуры. Это можно выполнить, установив свойства микрофактурной текстуры для UnpackMax, но тогда яркость будет фиксированным значением. С помощью узла Multiply, которой изменяет каналы RGB в зависимости от значений узла ScalerParameter, мы можем изменить яркость микрофактурной текстуры на требуемую нам в каждом экземпляре материала.

 

Измените свойства ScalerParameter, чтобы изменять яркость текстуры. Значение по умолчанию 1.0.

 

 

 

Микрофактурная текстура карт нормалей – смешивание (Blend) и интенсивность (Strength)

 

NormalMaps (карты нормалей) зачастую могут значительно улучшать реализм больших ‘каменных’ текстур, используемых на ландшафте, таких как скалистые утесы и каменистые горы. Из-за ограничений размера и разрешения текстур в 1024x1024 или 2048x2048, diffuse текстуры скал часто масштабируются до большого размера TerrainMaterial, для имитации реалистичного внешнего вида. Если игрок может приблизиться к этим текстурам, большой масштаб текстуры обычно приводит к расплывчивости и значительной пикселизации. В дополнение к использованию микрофактурной текстуры на diffuse текстурах скал, микрофактурная текстура может использоваться и на картах нормалей.

 

Смешивая две текстуры карт нормалей, Синий (Blue) канал одной из текстур должен быть удален. Это по существу уменьшает рендеринг рельефности (bump). Узлы VectorParameter и Multiply контролируют, ослабляют синий канал микрофактурной текстуры карты нормалей до смешивания ее с основной текстурой карты нормалей. Каналы R и G узла VectorParameter также могут быть скорректированы выше 1.0, для увеличения интенсивности рельефности микрофактурной текстуры.

 

 

 

 

* Add узел имеет два входа, складывает данные на них и выдает результат. Суммирование происходит по каналам.

Примеры: Add для 0.2 и 0.4 даст 0.6; Add для (0.2, -0.4, 0.6) и (0.1, 0.5, 1.0) даст (0.3, 0.1, 1.6); Add для (0.2, -0.4, 0.6) и 1.0 даст (1.2, 0.6, 1.6).

 

 

Уровень маски смешивания

 

Некоторые пользовательские материалы, представленных ниже, используют черно-белые маски (grayscale Mask) для выполнения ряда функций, например, смешивание текстур (texture blending). Используя узлы ScalerParameter и Multiply, вес маски (blend weight Mask) может быть изменен непосредственно в материале, для упрощения перестройки и расширения возможностей экземпляра. Узел Clamp* и подключенный к его входу Max узел Constant равный 1 гарантируют, что диапазон маски всегда будет между 0.0 и 1.0.

 

 

* Clamp - используется для ограничения значений в указанном диапазоне, определяемого минимальным (Min) и максимальным (Max) значениями. "Min 0.0, Max 0.5" означает, что полученное значение никогда не будет меньше, чем 0.0 и больше 0.5.

Примеры: Clamping 0.3 с Min 0.0 и Max 1.0 на выходе 0.3; Clamping 1.3 с Min 0.0 и Max 1.0 на выходе 1.0.

 

Узел Desaturation (обесцвечивание)

 

Узел Desaturation обесцвечивает изображение согласно входу Percent. Percent может изменяться от 1.0 (полное обесцвечивание) до 0.0 (полностью оригинальный цвет - никакого обесцвечивания). Свойство Luminance узла определяет количество обесцвечивания на канал.

 

Desaturation используется для изменения существующей текстуры, уменьшая насыщенность ее цвета. Это может использоваться, для изменения текстур ландшафта, чтобы обеспечить более естественный элемент сопряжения оттенков на геологической системе ландшафта, таких как нейтральные цвета скал или мертвая трава.

 

 

 

 

Замечания по разработке сложных материалов

 

Названия

 

Для улучшения организации пакетов и упрощения повторного использования объектов движка (engine objects), простое, но строгое правило по названию для всех создаваемых ресурсов. Рекомендуемая система названия следующая:

 

• TX_ИмяТекстуры_D        – diffuse текстура;
• TX_ИмяТекстуры_DO     – diffuse текстура с прозрачностью (opacity) в альфа-канале;
• TX_ИмяТекстуры_DS      – diffuse текстура с зеркальностью (specular) в альфа-канале;
• TX_ИмяТекстуры_N        – текстура карты нормалей (normalmap texture);
• TX_ИмяТекстуры_O        – текстура прозрачности (opacity texture);
• TX_ИмяТекстуры_S         – текстура зеркальности (specular texture);
• MAT_ИмяМатериала       – материал;
• TM_ИмяМатериала          – материал ландшафта (terrain material);
• TLS_ИмяСлоя                    – настройки слоя ландшафта (terrain layer setup).

 

Для определенных пользовательских текстур используются следующие имена:

 

• TX_Detail[имя]        – 8 битная черно-белая или упакованная BitPlanes микрофактурная текстура (detail texture) (напр. TX_DetailRock1);
• TX_Macro[имя]      – 8 битная черно-белая или упакованная BitPlanes макро текстура (macro texture) (напр. TX_MacroDirt);
• TX_Mask[имя]        – 8 битная черно-белая или упакованная BitPlanes текстура маска (mask texture) (напр. TX_MaskRandom).

 

При использовании bitplane версии микрофактурной, макро или текстуры маски, обычно благоразумно назвать текстуру согласно содержанию каждого слоя bitplane для самодокументации. Например, микрофактурная текстура TX_DetailRockGrassDirt содержала бы три 8-битных упакованных текстуры в RGB bitplanes, где R=Rock (камень), G=Grass (трава), B=Dirt (земля). Альфа-канал не использован в этом примере, а мог бы обеспечить четвертую микрофактурную текстуру.