Textures - Texture mapping - Marco Tarini
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Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Video Game Dev 2015/2016
Univ Insubria
Textures
Marco Tarini
Texture mapping
+ =
geometria 3D RGB texture 2D
(insieme di quadrilateri) (qui: color-map)
Marco Tarini - 2015/2016 1
Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Esempio (color-map)
+ =
Texture maps!
Uno degli assets + comuni e
importanti di un games
Uno dei maggiori consumatori
di GPU RAM
Marco Tarini - 2015/2016 2
Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Texture maps: strutture dati
Sostanzialmente, un’immagine raster
«Texel»
Texture sheet
Tessiture (nei games)
Texture sheet =
def. di un segnale sulla superficie (la mesh)
scopo simile di quello dei per-vertex attributes!
ma… Tessiture: campionamenti regolari, e
# texels >> # vertices densi (dettaglio a buon mercato!)
segnali più complessi! Attributi: campionamenti irregolari
(adattivi), e sparsi
Un texel = un campione di quel segnale
fra i campioni: interpolazione (bilineare)
Campionamento del segnale:
su griglia 2D regolare (immagine raster)
ad una risoluzione data (NON adattiva!)
Marco Tarini - 2015/2016 3
Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
I segnali tipicam. memorizzati
in tessiture (nei games)
ogni texel un base-color (componenti: R-G-B)
la tessitura è una “diffuse-map” / “color-map” / “RGB-map”
ogni texel una fattore di trasparenza (componenti: α)
la tessitura è una “alpha-map” o “cutout-texture”
ogni texel una normale (componenti: X-Y-Z)
la tessitura è una “normal-map” o “bump-map” (more later)
ogni texel contiene un valore di specularità
la tessitura è una “specular-map”
ogni texel contiene un valore di glossiness
la tessitura è una “glossiness-map”
ogni texel contiene un valore di lighting baked...
la tessitura è una (baked) “light-map”
ogni texel contiene un valore di dist. dalla superficie
la tessitura è una “displacemnt map” o “height texture”
MIP map levels
Pre-filtering delle tessiture
“LOD pyramid, per immagini”!
Hardware sceglie livello giusto (per pixel)
Evitare artefatti di sottocampionamento
1x1
256x256
512x512
1024x1024
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Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Texture maps
come assets
Vincoli ricorrenti:
potenze di 2 per lato
Caratteristiche: (richiesto da sempre meno engines)
sia in U che in V
Size: (es: 256x256 o 1024x512)
res < max
risoluzione (es: max = 4096 o 2048)
canali (es: alpha?)
MIP-map
(presenti o no?)
Compressione?
e.g. “color-map”, quantizzazione
o schemi di compressione specifici
La maggior parte della Textures res
ricchezza visuale percepita più impattanti (quality wise)
nel tipico videogames è dovuta di Meshes res!
alle tessiture!
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GPU rendering of a Mesh
in a nutshell (reminder)
Load…
store all data on GPU RAM
Geometry + Attributes
THE MESH
Connectivity
Textures
Shaders THE “MATERIAL”
Parameters / Settings
…and Fire!
send the command: “do it” !
Life of a Texure (as, basically, any 3D assets)
in a Game Engine
DISK CENTRAL RAM GPU RAM
IMPORT LOAD
Image Image Texture
File Object Sheet
on GPU
Marco Tarini - 2015/2016 6
Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Texture Sheets
(in GPU RAM)
Immagini rasterizzate, ma con perculiarità …
mipmap levels
channels per texels: 1,2,3, or (usually) 4
bits per channels:
usually 8, fixed point («true-color»)
– or compression
resolution: powers of 2 (usually)
Texture Sheets
(in GPU RAM)
Durante il rendering:
meccanismi GPU (hardwired!)
di accesso alla texture:
1. selezione del livello di MIPmap appropriato (opz)
2. decompressione
3. gestione di accessi fuori dal bordo (e.g. repeat)
4. passaggio da coord UV [0..1]2
a coord in texel [0..RESX]x[0..RESY]
5. interpolazione bilineare (opz)
Marco Tarini - 2015/2016 7
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Texture Sheets
(in GPU RAM)
schemi di
compressione appositi:
quantizzazione
(e.g. 16 bits per texel: 5 red 5 green 5 blue 1 alpha)
color-table (or “palette”)
(e.g. tabella di 256 colori, un indice a 8 bit per texel)
schemi appositi per tessiture
(poiché devono consentire la random accessibility della texture!)
molto lossy,
rate di compressione poco efficiente e rate fisso!
schema più diffiuso S3TC, con varianti
DXT1 “no / 1-bit alpha”
DXT2
“rough alpha”
DXT3
DXT4
“smooth alpha ”
DXT5
(diversi compromessi fra qualità, costo, canali…)
Texture Shhets:
formati files
per immagini generiche:
.JPG / .JPEG
lossy,
☺ ottimo rate compressione,
appositi per textures:
☺ immagini “fotografiche”: best (opzione più usata)
solo 3 canali (no choice) .DDS
8 bit x canale (no choice) («direct draw surface»)
.PNG stesso indentico formato
☺ lossless usato in GPU. Quindi:
☺ inlcude MIPmap levels (volendo)
< compression ratio
compressione: molto lossy
☺ disegni: best
e compression ratio pessimo
☺ anche canale alpha possibile
(e rete fisso)
☺ anche 16 bits possibile
☺ GPU ready!
.TIFF e .RAW (rari) Just read from disk &
☺ lossless load on GPU memory
compressione: vabbe’ (no decompress / recompress!)
☺ max flessibilità canali etc
.PNM (davvero raro)
compressione: ahah
☺ ma parsing facilissimo! (no lib)
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Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Texture maps come assets:
formati files
x immagini generiche x textures
(decomprimere tutta immagine (random accessibility ai texels,
prima di poter accedere ai pixel) senza decomprimere tutta l’imm)
☺ compressione: ottima compressione: cattiva
loading: pesante: ☺ loading: leggero
decomprimere da RAM, direct copy
(forse) ricomprimere in Disco => RAM =>
GPU-RAM GPU RAM
MIP-map lvls etc: ☺ MIP-map lvls etc:
controllato dall’engine controllato dall’artista
Texture maps assets
e Mesh assets
Vari texture «sheets»
associati ad una mesh
o anche: più meshes sullo stesso sheet (bene)
tipica struttura :
ogni mesh associata a un materiale
ogni materiale:
1 sheet di diffuse-map
1 sheet bumpmap (se serve)
1 sheet di alphamap (se serve)
1 vertex shaders + fragment shader
vari parametri
(es, shininess, …)
se parti diverse di mesh associate a tessiture diverse:
scomporre oggetto in sotto-mesh
Marco Tarini - 2015/2016 9
Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Texture maps assets
e Mesh assets
Non necessariamente 1:1
1:N -- vari texture «sheets» associati ad una mesh
N:1 -- più meshes sullo stesso sheet (bene)
se parti diverse di mesh associate a tessiture
diverse:
scomporre oggetto in sotto-mesh
TEXTURE 1
BUMPMAP
MESH
A MATERIAL
TEXTURE 2
A COLORMAP
MESH
B
Come si legano fra loro
tessiture & mesh?
Marco Tarini - 2015/2016 10Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
La parte 3D dei
game assets
3D Models Animations
i.e. tri-meshes with: blend shapes
per vertex attrib skeletal animations
normals, color, AO, … kinematic animations
LODs geometry caches
uv-mapping
skeletons (rigs)
keyframes
cyclic animations
face-morphs, … Geometric proxies
“skinning” hit-boxes
bounding objects
Materials AI-meshes
lighting model stats / flags
textures Particle systems
RGB maps
normal maps
alpha maps …
Environments
3d scenes
shaders
vertex, fragments, …
skydomes
env. maps
scene props
UV-Mapping di una mesh
Serve un mapping (una corrispondenza):
superficie mesh spazio tessitura 2D
«parametrizzazione» della superficie
[0..1]2
Idea: memorizzo questo mapping come
attributo: (s,t ) per vertice
l’«u-v mapping» della mesh (u,v) == (s,t)
Marco Tarini - 2015/2016 11Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Task di modellazione:
costruz dell’ “u-v mapping”
u
Texture “atlas”
v (composto di
vari “charts”)
UV mapping:
esempio
u
…
A B C M N
M
N=A B C
(vertex seam) v
MESH TEXTURE SPACE
Marco Tarini - 2015/2016 12Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Notazione di spazio texture
Texture Space (o "spazio parametrico" o "spazio u-v")
1.0
u
Texture 2D
es: 512 texels
1.0
v
es: 1024 texels
Texture Space = [0,1] x [0,1]
Due notazioni
più diffusa
(in game industry)
s-t u-v
(es OpenGL) (es DirectX)
t
(0,0) 1.0
1.0 u
s 1.0
(0,0) 1.0
v
Marco Tarini - 2015/2016 13Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Nota: Spaziotessitura non
dipende da risoluz (o forma)
t
1.0
Conveniente!
si può ridurre la res
Texture 2D
1024x512 dei texture sheets
(bilanciando
qualità / memoria)
s senza alcuna
1.0 conseguenza
t
sull’UV mapping
1.0
delle mesh.
Es: caricare in
128x64 GPU RAM solo i
livelli MIP-MAP alti
s
1.0
Due tipi di UV-mapping:
UV mapping NON iniettivo
Zone diverse della mesh fanno riferimento
allo stessa regione della tessitura aka: “UV-mapping”
es: with overlapping charts (standard)
☺ Ottimizzazione spazio tessiutra
Sfruttamento simmetrie / ripetizioni del segnale
UV mapping iniettivo
Ogni punto della tessitura (non vuoto): aka: “Unwrapping”
1 solo punto sulla mesh o: “Unwrapped UVs”
es: non-overlapping charts o: “1:1 UV-mapping”
☺ Genericità / Flessibilità o: “Lightmap UV-mapping”
Utilizzabile per vari scopi (e.g. light backing)
Scopi diversi
spesso, presenti entrambi: 2 UV mapping distinti
(2 attributi UV per ogni vertici)
Quali degli UV mapping
mostrati fin’ora sono di
quale tipo?
Marco Tarini - 2015/2016 14Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Costruzione dell’UV-mapping
Tipico task del modelling
programmi (semi-)automatici (molto studiati)
modellatori professionisti
usando tools appositi
In pratica, bisogna trovare un posto in spazio tessitura
per ogni triangolo della mesh
Analogo a:
sbucciare una mela (cutting)
stendere ogni buccia prodotta (unfolding)
disporre le buccie su un rettangolo piano (packing)
Nota richiede (quasi sempre) di “tagliare” la superficie:
discontinuità dei valori u,v
cioè vertex-seams
Task di modellazione:
“u-v mapping” (“u-v” == “s-t”)
strategie pratiche:
1. selezionare edge di taglio DEMO!
…o…
1. assegnare facce a charts
decidere dove sono i “texture seams”
2. unfolding
minimizzare “distorsione”
3. packing dei charts
minimizzare spazi vuoti
assegnare aree secondo necessita’
(es, parti importanti maggiore spazio tessitura)
(campionamento dei texel diviene in parte adattivo!)
Marco Tarini - 2015/2016 15Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Tileable Textures
B
A A
B
Tileable textures
Marco Tarini - 2015/2016 16Video Game Dev - Uni Insubria 24/10/2015
Tileable textures
Tipico utilizzo:
Molto efficiente in spazio!
RGB maps:
come si ottengono
Image first, then UV-mapping
e.g. immagine da fotografie
e.g. tileable images UV-mapper
UV-mapping first, then paint 2D
paint with 2D app (e.g. photoshop)
UV-mapper 2D painter
UV-mapping first, then paint 3D
paint within 3D modelling software,
or: 1. export 2D rendering,
2. paint over with e.g. photoshop, UV-mapper 3D painter
3. reimport images
4. goto 1
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