Parallax Occlusion Mapping: трассировка поля высот с предсказуемыми ограничениями

Определите трассируемую поверхность

Parallax Occlusion Mapping создаёт видимость разной глубины деталей поверхности, проводя луч взгляда через текстурное поле высот. Пересечение определяет текстурные координаты, из которых берётся видимый материал. Метод может создавать параллакс движения и локальную окклюзию без добавления плотной геометрической сетки. Исходная презентация описывает поле высот в касательном пространстве и выборку, зависящую от угла. [1]

Укажите, кодирует ли текстура высоту или глубину, её опорную плоскость, физический масштаб и ориентацию текстурных координат. Ошибка знака может превратить впадины в выступы или перемещать детали в неверном направлении.

Найдите и уточните пересечение

Типичная реализация продвигает луч через слои высоты, пока он не пересечёт представленную поверхность, а затем уточняет это пересечение. Атрибуты материала выбираются по полученным координатам. Единственное смещение, вычисленное по одному значению высоты, не описывает все перекрытия, встречающиеся вдоль луча.

Крупные шаги могут пропускать узкие детали. Уточнение улучшает найденный интервал, но не позволяет надёжно восстановить уже пропущенное первое пересечение. Глава о relief mapping объясняет это различие и причины, по которым специализированным методам перескока через области нужны дополнительные предположения или данные. [2] Выбирайте способ поиска вместе с представлением высоты.

Пример расчёта: согласование единиц высоты и UV

Рассмотрим плоский материал с диапазоном глубины 0.02 метра, наблюдаемый под углом 45 градусов к нормали. На всём этом интервале глубины луч проходит 0.02 метра параллельно плоскости, поскольку тангенс 45 градусов равен 1.

Если один повтор текстуры занимает 0.5 метра вдоль этого направления, полный интервал трассировки соответствует 0.04 единицы UV. Это протяжённость интервала, а не окончательное смещение точки пересечения: место попадания определяется самим полем высот. Удвоение частоты повторения текстуры при сохранении физической глубины требует обновить преобразование. Повторное использование прежнего UV-масштаба незаметно меняет видимые пропорции рельефа.

Создайте контролируемую проверочную сцену

Начните с плоской плитки с широкой ступенью и узким гребнем. Осмотрите её прямо, под наклоном и возле края при движении камеры. Сравните найденные координаты с геометрическим эталоном, имеющим тот же профиль высоты. Увеличивайте бюджет выборки там, где этого требуют наклонные ракурсы, и проверяйте, что изменения качества не создают заметных скачков. [1]

Сохраняйте пространственное совпадение входных данных высоты, нормалей и цвета. Определите обработку лучей, покидающих плитку. Если реализация записывает смещённую глубину или рассчитывает самозатенение, отдельно проверяйте эти результаты относительно соседней геометрии и выбранного пути освещения. [2]

Учитывайте ограничения представления

Базовая трассировка поля высот на существующих полигонах не создаёт расширенный геометрический силуэт или физическую форму столкновений. Единственное значение высоты в каждой позиции текстуры не представляет нависающие части. Глубокий рельеф, сильная кривизна и почти касательные ракурсы выявляют приближённость метода. Ограничьте эффект материалами, для которых эти условия приемлемы, и измеряйте стоимость текстурных обращений при предусмотренном покрытии экрана.

Источники

• [1] Practical Parallax Occlusion Mapping for Highly Detailed Surface Rendering — Natalya Tatarchuk, ATI Research, SIGGRAPH course presentation.
• [2] Relaxed Cone Stepping for Relief Mapping — Fabio Policarpo and Manuel M. Oliveira, GPU Gems 3.