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法线贴图、凹凸贴图和位移贴图之间的区别

在 PBR 纹理领域，许多不同的纹理贴图用于创建逼真的材质。每张地图都有其作用，为材料提供真实感。其中一些贴图是法线贴图、凹凸贴图和位移贴图。这些贴图负责为应用材料的几何体表面提供额外的分辨率或细节。这些细节有些是真实的，有些只是幻觉。

法线贴图

法线贴图是一种较新且改进的凹凸贴图。关于法线贴图，首先要了解的是，它们生成的细节也是模拟的。没有向模型的几何图形添加额外的分辨率或网格数据。最后，法线贴图在模型表面上创建深度细节感，但它的效果与凹凸贴图不同。正如我们已经知道的那样，凹凸图使用灰度值来提供向上或向下的信息。

法线贴图使用直接与 3D 空间中的 X、Y 和 Z 轴匹配的 RGB 数据。此 RGB 数据告诉 3D 应用程序每个多边形的表面法线朝向哪个方向。曲面法线的方向（也称为法线）告诉 3D 软件如何对多边形进行着色。在研究法线贴图时，您应该知道有两种不同的变体。当在 2D 空间中观察时，这两个品种看起来截然不同。使用最广泛的是切线空间法线贴图，它主要是紫色和蓝色。这些贴图最适合在动画过程中会变形的网格。切线空间中的法线贴图非常适合角色等内容。

对象空间法线贴图经常用于不需要变形的事物。这些地图具有各种色调的彩虹，并且比切线空间地图的性能要好一些。在考虑使用法线贴图时，有几个因素需要牢记。与凹凸贴图不同，这些类型的贴图可能很难在 Photoshop 等 2D 工具中生成或更改。

您很可能会使用模型的高质量版本烘焙法线贴图。但是，修改这些类型的地图有几个例外情况。例如，MARI 可以绘制法线贴图中看到的表面法线信息的类型。就支持而言，法线贴图已经很好地融入了大多数管线中。与凹凸贴图不同，此规则也有例外。其中之一是手机游戏设计。直到最近，硬件才发展到移动游戏将法线映射整合到其管道中的地步。

凹凸图

使用计算机图形学，凹凸贴图在 3D 模型的表面上创建深度和纹理的错觉。无需手动创建单个凸起和裂缝，而是使用灰度和简单的照明技巧在物体表面人工创建纹理。

凹凸贴图是我们今天要介绍的更传统的贴图类型之一。关于凹凸贴图，您应该知道的第一件事是它们产生的细节是模拟的。凹凸贴图不会向模型添加任何额外的分辨率。凹凸贴图通常是只有 8 位颜色信息的灰度图像。只有 256 种不同深浅的黑色、灰色和白色。凹凸贴图中的这些值基本上告诉了 3D 软件两件事。要么向上，要么向下。当凹凸贴图中的值接近 50% 的灰色时，表面上几乎看不到任何细节。

随着值变亮（更偏向白色），细节似乎会从表面拉出。在相反的情况下，当值变暗并接近黑色时，它们似乎会推入表面。凹凸贴图非常适合向模型添加小细节。例如，皮肤上的毛孔或皱纹。它们在 Photoshop 等 2D 应用程序中创建和编辑也相对简单，因为它们仅使用灰度值。凹凸贴图的问题在于，如果相机位置不正确，它们很容易损坏。

应用凹凸贴图的几何体的轮廓将始终不受贴图的影响，因为它们创建的细节是假的，而不是真实的分辨率，或者任何几何体都已添加到网格中。

位移图

在为低分辨率模型添加细节时，置换贴图占主导地位。顾名思义，这些映射在物理上会移动应用它们的表面。为了基于位移贴图添加细节，通常对网格进行细分或细分，以便生成实际的几何图形。置换贴图的惊人之处在于，它们可以从高分辨率模型烘焙而成，也可以是手绘的。也可以使用不同的工具按程序创建置换贴图。置换贴图与凹凸贴图一样，由灰度值组成。

所以这是真正的踢球者。虽然可以使用 8 位置换贴图，但 16 位或 32 位置换贴图几乎总是会产生更好的结果。虽然 8 位文件在 2D 中可能看起来非常出色，但在转换为 3D 时，由于值范围不足，它们偶尔会产生条带或其他异常。

现在，这是关于位移图的令人不安的事情。实时添加所有这些额外的几何图形对机器的要求非常高，而且很费力。因此，大多数 3D 程序在渲染过程中计算最终的置换结果。与凹凸贴图或法线贴图不同，置换贴图会为您的渲染增加大量时间。由于增加了几何形状，置换图的结果很难被击败。由于曲面已变换，因此轮廓反映了新的几何图形。在选择使用位移贴图之前，应始终考虑成本与附加优势。

利用这些地图

在某些情况下，可以将凹凸贴图或法线贴图与同一项目的置换贴图组合在一起。理想的方法是使用位移来表示几何形状的较大变化，然后使用法线或凹凸来表示精细细节。无论您选择哪种地图，了解每张地图的工作原理及其优点和缺点只会帮助您做出更好的决定。最后，您选择的地图应该是最能满足您所处情况的地图。

总结

在介绍完几种贴图之间的区别和联系，光靠这些理论知识是难以实现高度逼真的视角模型的，我们必须要学会借助工具，如：GLTF 编辑器 -NSDT ，它是一款在线材质纹理编辑工具，专门用于3D模型纹理贴图编辑修改的工具，它支持3D模型各种材质纹理贴图的编辑修改，包括：颜色、粗糙度、金属度、贴图、顶点颜色、自发光贴图、透明贴图、凹凸贴图、法线贴图、位移贴图、粗糙贴图、金属贴图、光照贴图、透明度等。