法线贴图(Normal_Maps)在Cinema_4D中的应用.doc

在这个教程中我将讲述在Cinema 4D中如何生成和使用法线贴图（Normal Maps）。? 法线贴图现在已经在主流三维平台上被广泛应用。Cinema 4D R9.5版本开始支持法线贴图的功能。使用法线贴图可以在不增加多边形面数的情况下增加模型细节，这样做的好处是可以节省系统资源并且渲染速度快（相对于使用置换贴图（Displacement Maps））。法线贴图与置换贴图有一些区别，但是它和凹凸贴图（Bump Maps）有点类似。? 凹凸贴图（Bump Maps）只能影响物体表面细节，而法线贴图（Normal Maps）则不同，它只有一件事做不了，就是不能改变物体的轮廓（Silhouette）,那只有置换贴图（Displacement Maps）才能做到。通常情况下我们会联合使用法线贴图（Normal Maps）和置换贴图（Displacement Maps），也就是先使用置换贴图（Displacement Maps）改变物体的实际轮廓再使用高分辨率的法线贴图（Normal Maps）为物体添加更多的细节。? 据我所知，Weta工作室在电影《指环王》中应用了这种技术，在影片《The Cave Troll》中法线贴图技术展现了令人惊叹的细节。如今，这项技术已经广泛应用于游戏行业，如Doom 3和半条命（Halflife）2。生成法线贴图（Normal Maps）的过程本质上是一个艺术创作的过程。比如说你需要生成一个法线贴图（Normal Maps）来创作一个高分辨率模型的过程。? 一般情况下，我们通常先制作一个低分辨率模型，然后对它应用法线贴图（Normal Maps）。更多的三维艺术家使用Zbrush来制作高分辨率模型，因为它拥有强大的雕刻工具，并能轻易地处理上百万的多边形。我不用Zbrush，因为用其它的方法也能获得高模物体。? 在这个教程中我将叙述如何生成法线贴图（Normal Maps）并会给大家一些应用实例。在进入实例之前，我们先来学习一下法线贴图（Normal Maps）的基础理论。? 我们先来看[Pic01]的简单场景，它只有一个单多边形平面和一个光源。? 我现在解释一下这张图片。我们能看到多边形平面和它的法线。那么，什么是“法线”？法线是一个垂直于多边形平均平面（Average Polygon Plane）的矢量（或叫“指示器”），这个法线被用于计算多边形的照明。我们还看到另一个法线，这是一个光源的方向矢量（Direction-Vectors）。? 现在，我们有两个矢量，N和L，它们形成了一个夹角，我们命名为α ，α的范围在0°-180°之间，现在我们就能用矢量算法来计算照明，方法是使用点乘（Dot-Product）两个矢量N和L[译者：就是两个矢量的乘积]。点乘（Dot-Product）范围在-1到1之间，当它小于零时结果往往被固定（Clamped）。? 那么，如果光源矢量L和法线矢量N相同，则结果为1，如果L垂直于N，则结果为零。所有在平面背后的光源会被忽略（不会被加入照明）。有了上面的基础，我们就能讨论法线贴图（Normal Maps）了。有人提出使用保存在纹理中的矢量法线替代多边形面法线的想法，这样做我们就可以充分地改变多边形的表面照明。这种纹理不仅能表现局部的明暗，还能使多边形表面映射出不同方向的光线。因为它本身就是一个材质（纹理），所以它能很方便地改变存储在纹理中的每个像素的法线。因此，我们可以为每一个单独的多边形生成额外的法线，比如类似于凹凸贴图（Bump Maps）那样的效果。但是凹凸贴图只能“弯曲（Bends）”法线，它不能翻转（Flip）法线，从结果上看，法线贴图（Normal Maps）的效果明显优于凹凸贴图（Bump Maps），我们甚至可以用一个单独的多边形和一个法线贴图来模拟一个复杂的物体。后面我们会进行实际应用练习。现在我们面临的是：如何将法线保存到材质中去？? 我们知道凹凸贴图（Bump Maps）使用的是灰度位图，它是不能描述矢量法线的，要解决这个问题，就要使用位图的颜色通道来描述每个矢量构成，比方说使用位图的红色通道保存法线的X构成，蓝色通道保存Y构成，绿色通道保存Z构成。请看[Pic02]? 图中有一个标准的坐标系，每个轴都被上色，这样你能很容易的看到颜色编码的工作过程。一个标准的24Bit位图每通道能存储256个不同的值，它的范围在0-255之间，一个法线的矢量由三个值来描述，比如（0;1;0）。它有X,Y,Z三个坐标构成。我们也注意到法线矢量总是有一个长度（相对于1个单位），因此它也被称为单位矢量，它的表示方法是（0;1;0）/（1;0;0）/（0.577;0.577;0.577）/（0;0;-1）等等，它们的构成中也可以用负