पिछले 10 वर्षों में जारी किए गए कई इंडी गेम्स में, मेरी पसंदीदा में से एक निश्चित रूप से जर्नी है । अपने आश्चर्यजनक सौंदर्यशास्त्र और सुंदर साउंडट्रैक के लिए धन्यवाद, यात्रा विकास के लगभग हर पहलू में उत्कृष्टता का एक उदाहरण बन गई है।

मैं एक गेम डेवलपर और तकनीकी कलाकार हूं, इसलिए जिस तरह से रेत का प्रतिपादन किया गया था, उससे मैं सबसे अधिक चिंतित था। यह न केवल सुंदर है, बल्कि मूल गेमप्ले और गेमप्ले से सीधे संबंधित है। यात्रा वस्तुतः रेत से बनी है, और इस तरह के एक अद्भुत प्रभाव के बिना, खेल केवल मौजूद नहीं हो सकता है।


इस दो-पोस्ट लेख में, मैं आपको यह सिखाकर यात्रा की विरासत को श्रद्धांजलि अर्पित करूंगा कि कैसे रेत का उपयोग करने वाले बिल्कुल उसी रेत को फिर से बनाना है। भले ही आपके खेल में रेत के टीलों की आवश्यकता हो, लेकिन ट्यूटोरियल की यह श्रृंखला आपको अपने स्वयं के खेल में विशिष्ट सौंदर्यशास्त्र को फिर से बनाने का तरीका बताएगी। यदि आप जर्नी में उपयोग किए गए सुंदर रेत के शेड को फिर से बनाना चाहते हैं, तो आपको सबसे पहले यह समझने की जरूरत है कि यह कैसे बनाया गया था। और यद्यपि यह बेहद जटिल दिखता है, वास्तव में इसमें कई अपेक्षाकृत सरल प्रभाव होते हैं। एक सफल तकनीकी कलाकार बनने के लिए राइटिंग शेडर्स के लिए यह दृष्टिकोण आवश्यक है। इसलिए, मुझे आशा है कि आप इस यात्रा को मेरे साथ करेंगे, जिसमें हम न केवल रंगों के निर्माण का पता लगाते हैं, बल्कि सौंदर्यशास्त्र और गेमप्ले को संयोजित करना भी सीखते हैं।

यात्रा में रेत विश्लेषण

जर्नी सैंड रेंडरिंग को फिर से बनाने के कई अन्य प्रयासों की तरह यह लेख, जीडीसी की एक रिपोर्ट पर आधारित है जिसमें गैगमेकोम्पनी के प्रमुख इंजीनियर जॉन एडवर्ड्स ने " सैंड रेंडरिंग इन जर्नी " शीर्षक दिया है। इस वार्ता में, जॉन एडवर्ड्स ने सही लुक हासिल करने के लिए जर्नी के सैंड ड्यून्स में जोड़े गए प्रभावों की सभी परतों के बारे में बात की।


रिपोर्ट बहुत उपयोगी है, लेकिन इस ट्यूटोरियल के संदर्भ में, जॉन एडवर्ड्स द्वारा की गई कई सीमाएं और निर्णय महत्वपूर्ण नहीं हैं। हम रेत शेड को फिर से बनाने की कोशिश करेंगे, मुख्य रूप से दृश्य संदर्भों द्वारा जर्नी शेडर की याद ताजा करती है।

चलो एक पूरी तरह से चिकनी टिब्बा के 3 डी मेष के साथ शुरू करते हैं। रेत के प्रतिपादन की विश्वसनीयता दो पहलुओं पर निर्भर करती है: प्रकाश व्यवस्था और अनाज। रेत से प्रकाश को प्रतिबिंबित करने का एक दिलचस्प तरीका एक संशोधित प्रकाश मॉडल द्वारा प्रदान किया गया है। शेडर कोडिंग के संदर्भ में, प्रकाश मॉडल मॉडल के गुणों और दृश्य की प्रकाश स्थितियों के आधार पर छाया और हाइलाइट्स निर्धारित करता है।

हालांकि, यह सब यथार्थवाद का भ्रम पैदा करने के लिए पर्याप्त नहीं है। समस्या यह है कि रेत को सपाट सतहों के साथ नहीं लगाया जा सकता है। रेत के दाने पर विचार किया जाना चाहिए। यही कारण है कि दो अलग-अलग प्रभाव हैं जो सामान्य से सतह तक सीधे काम करते हैं, जिनका उपयोग रेत के छोटे कणों को टिब्बा की सतह पर अनुकरण करने के लिए किया जा सकता है।

नीचे दिए गए आरेख उन सभी प्रभावों को दिखाते हैं जो हम इस ट्यूटोरियल में सीखेंगे। तकनीकी दृष्टिकोण से, प्रकाश की प्रक्रिया से पहले सामान्य गणना की जाती है। अध्ययन में आसानी के लिए, प्रभावों को एक अलग क्रम में वर्णित किया जाएगा।

विसरित रंग

सबसे सरल रेत शेडर प्रभाव इसका फैलाना रंग है , जो लगभग समग्र उपस्थिति के सुस्त घटक का वर्णन करता है । डिफ्यूज़ रंग की गणना ऑब्जेक्ट के वास्तविक रंग और प्रकाश की स्थिति के आधार पर की जाती है। सफेद रंग में रंगा हुआ एक गोला हर जगह पूरी तरह से सफेद नहीं होगा, क्योंकि फैलाना रंग उस पर प्रकाश घटना पर निर्भर करता है। डिफ्यूज़ रंगों की गणना एक गणितीय मॉडल का उपयोग करके की जाती है जो एक सतह से प्रकाश के प्रतिबिंब का अनुमान लगाता है। जीडीसी के साथ जॉन एडवर्ड्स की एक रिपोर्ट के लिए धन्यवाद, हम वास्तव में उपयोग किए जाने वाले समीकरण को जानते हैं, जिसे वह विपरित परावर्तन कहता है; यह प्रतिबिंबों के प्रसिद्ध लैम्बर्ट मॉडल पर आधारित है।



समीकरण लागू करने से पहले और बाद में

रेत सामान्य

मूल ज्यामिति पूरी तरह से चिकनी है। इसकी भरपाई करने के लिए, मॉडल की सतह सामान्य को बंप मैपिंग नामक तकनीक का उपयोग करके बदल दिया जाता है। यह आपको अधिक जटिल ज्यामिति का अनुकरण करने के लिए एक बनावट का उपयोग करने की अनुमति देता है।

एज लाइटिंग

प्रत्येक यात्रा स्तर एक सीमित रंग पैलेट का उपयोग करता है। इस वजह से, यह समझना काफी मुश्किल है कि एक टिब्बा कहाँ समाप्त होता है और दूसरा शुरू होता है। पठनीयता बढ़ाने के लिए, केवल ड्यून के किनारे के साथ दिखाई देने वाली छोटी हाइलाइटिंग की तकनीक का उपयोग किया जाता है। इसे रिम लाइटिंग कहा जाता है, और इसे लागू करने के कई तरीके हैं। इस ट्यूटोरियल के लिए, मैंने Fresnel प्रतिबिंबों पर आधारित एक विधि को चुना, जो तथाकथित घटना कोणों पर पॉलिश सतहों पर मॉडल परावर्तन करते हैं ।

सागर का दर्पण प्रतिबिंब

यात्रा के गेमप्ले के सबसे सुखद पहलुओं में से एक रेत के टीलों को "सर्फ" करने की क्षमता है। शायद यही कारण है कि थैगमैकोम्पनी चाहता था कि रेत ठोस की तुलना में तरल की तरह महसूस करे। इसके लिए, एक मजबूत प्रतिबिंब का उपयोग किया गया था, जिसे अक्सर पानी के शेड में पाया जा सकता है। जॉन एडवर्ड्स इस प्रभाव को महासागर का स्पेक्युलर कहते हैं , और ट्यूटोरियल में हम इसे ब्लिन-फोंग प्रतिबिंब का उपयोग करके लागू करते हैं।

चमक प्रतिबिंब

रेत शैडर के लिए एक महासागर स्पेक्युलर घटक जोड़ने से यह अधिक तरल रूप देता है। हालांकि, यह अभी भी रेत के सबसे महत्वपूर्ण दृश्य पहलुओं में से एक को व्यक्त करने की अनुमति नहीं देता है: बेतरतीब ढंग से होने वाले प्रतिबिंब। वास्तविक टिब्बा में, यह प्रभाव इसलिए होता है क्योंकि रेत का प्रत्येक दाना इसकी दिशा में प्रकाश को दर्शाता है और बहुत बार इनमें से एक परावर्तित किरण हमारी आंख में प्रवेश करती है। ऐसी चमक प्रतिबिंब (प्रतिबिंबों का प्रतिबिंब) उन जगहों पर भी होती है जहां सीधी धूप नहीं पड़ती; यह महासागर के स्पेक्युलर को पूरक करता है और विश्वसनीयता की भावना को बढ़ाता है।

रेत की लहरें

मानदंडों को बदलने से हमें टिब्बा की सतह को कवर करने वाले रेत के छोटे अनाज के प्रभाव को अनुकरण करने की अनुमति मिली। वास्तविक दुनिया में टिब्बा पर, हवा के कारण लहरें अक्सर दिखाई देती हैं। उनका आकार हवा की दिशा के सापेक्ष प्रत्येक टिब्बा की ढलान और स्थिति के आधार पर भिन्न होता है। संभावित रूप से, ऐसे पैटर्न एक टक्कर बनावट के माध्यम से बनाए जा सकते हैं, लेकिन इस मामले में वास्तविक समय में टिब्बा के आकार को बदलना असंभव होगा। जॉन एडवर्ड्स द्वारा प्रस्तावित समाधान त्रिपलनार शेडिंग नामक एक तकनीक के समान है: यह चार अलग-अलग बनावटों का उपयोग करता है, जो प्रत्येक टिब्बा की स्थिति और ढलान के आधार पर मिश्रित होता है।

जर्नी सैंड शैडर एनाटॉमी

एकता में आपको शुरू करने के लिए कई shader टेम्पलेट हैं। चूंकि हम उन सामग्रियों में रुचि रखते हैं जो प्रकाश व्यवस्था और कास्ट शैडो प्राप्त कर सकते हैं, इसलिए हमें सतह shader (सतह shader) से शुरुआत करने की आवश्यकता है।

सभी सतह शेड दो चरणों में किए जाते हैं। सबसे पहले, एक सतह फ़ंक्शन को कहा जाता है जो सतह के गुणों को इकट्ठा करता है जिसे प्रदान करने की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए, इसकी अल्बेडो , खुरदरापन , धातु के गुण , पारदर्शिता और सामान्य दिशा । फिर इन सभी गुणों को प्रकाश समारोह में स्थानांतरित किया जाता है, जो बाहरी प्रकाश स्रोतों के प्रभाव को ध्यान में रखता है और छायांकन और प्रकाश व्यवस्था की गणना करता है।

सतह समारोह

चलिए शुरू करते हैं जो हमारे सतह फ़ंक्शन का मूल बन जाता है, जिसे नीचे दिए गए कोड में कहा जाता है। एकमात्र गुण जो हमें निर्धारित करने की आवश्यकता है , वह रेत का रंग और सतह के लिए सामान्य है । एक 3D मॉडल का सामान्य सतह की स्थिति को इंगित करने वाला एक वेक्टर है। प्रकाश कैसे परिलक्षित होगा इसकी गणना करने के लिए सामान्य वैक्टर का उपयोग प्रकाश व्यवस्था द्वारा किया जाता है। वे आमतौर पर मेष के आयात के दौरान गणना की जाती हैं। हालांकि, उन्हें अधिक जटिल ज्यामिति का अनुकरण करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। यह यहां है कि रेत सामान्य और रेत लहरें सामान्य प्रभाव रेत खुरदरेपन को विकृत करने के लिए विकृत करती हैं।

 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = _SandColor; o.Alpha = 1; float3 N = float3(0, 0, 1); N = RipplesNormal(N); N = SandNormal (N); o.Normal = N; } 

जब o.Normal को o.Normal उन्हें स्पर्शरेखा स्थान में व्यक्त किया जाना चाहिए। इसका मतलब है कि वेक्टर को 3 डी मॉडल की सतह के सापेक्ष चुना गया है। यही है, float3(0, 0, 1) वास्तव में इसका मतलब है कि वास्तव में सामान्य 3 डी मॉडल में कोई बदलाव नहीं किया गया है।

दोनों कार्य, RipplesNormal , और SandNormal सामान्य वेक्टर प्राप्त करते हैं और इसे संशोधित करते हैं। बाद में हम देखेंगे कि यह कैसे किया जा सकता है।

प्रकाश समारोह

यह प्रकाश समारोह में है कि अन्य सभी प्रभाव लागू होते हैं। नीचे दिए गए कोड से पता चलता है कि प्रत्येक व्यक्ति के घटक की गणना अलग-अलग कार्यों में कैसे की जाती है (फैलाना रंग, रिम प्रकाश, महासागर स्पेक्युलर और ग्लिटर प्रतिबिंब)। फिर वे सभी संयुक्त हैं।

 #pragma surface surf Journey fullforwardshadows float4 LightingJourney (SurfaceOutput s, fixed3 viewDir, UnityGI gi) { float3 diffuseColor = DiffuseColor (); float3 rimColor = RimLighting (); float3 oceanColor = OceanSpecular (); float3 glitterColor = GlitterSpecular (); float3 specularColor = saturate(max(rimColor, oceanColor)); float3 color = diffuseColor + specularColor + glitterColor; return float4(color * s.Albedo, 1); } 

घटकों के संयोजन की विधि काफी मनमानी है और हमें कलात्मक संभावनाओं का अध्ययन करने के लिए इसे बदलने की अनुमति देती है।

आमतौर पर, स्पेक्युलर रिफ्लेक्शंस डिफ्यूज़ कलर पर स्टैक होते हैं। चूंकि यहां हमारे पास एक नहीं, बल्कि तीन स्पेक्युलर रिफ्लेक्शन ( रिम लाइट , ओशन स्पेक्युलर और ग्लिटर स्पेक्युलर ) हैं, इसलिए हमें ज्यादा सावधानी बरतने की जरूरत है, ताकि रेत ज्यादा चंचल न हो। चूंकि रिम प्रकाश और महासागर स्पेक्युलर एक ही प्रभाव का हिस्सा हैं, इसलिए हम उनसे अधिकतम मूल्य चुन सकते हैं। ग्लिटर स्पेक्युलर को अलग से जोड़ा जाता है क्योंकि यह घटक चंचल रेत बनाता है।

भाग 2. डिफ्यूज़ रंग

पोस्ट के दूसरे भाग में, हम गेम में प्रयुक्त प्रकाश मॉडल और उस पर ध्यान केंद्रित करेंगे। कैसे एकता में इसे फिर से बनाने के लिए।

पिछले हिस्से में, हमने इस बात की नींव रखी कि धीरे-धीरे जर्नी सैंड शैडर के हमारे संस्करण में बदल जाएगी। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, प्रकाश व्यवस्था का उपयोग सतह के रंगों में प्रकाश के प्रभाव की गणना करने के लिए किया जाता है, ताकि सतह पर छाया और हाइलाइट दिखाई दें। हमें पता चला कि जर्नी के कई प्रभाव हैं जो इस श्रेणी में आते हैं। हम इस shader के मूल में पाए जाने वाले सबसे बुनियादी (और सरलतम) प्रभाव से शुरू करेंगे: इसकी प्रसार प्रकाश व्यवस्था (diffuse / diffuse Lighting)।


अभी के लिए, हम अन्य सभी प्रभावों और घटकों को छोड़ देते हैं, जो रेत को जलाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं ।

LightingJourney DiffuseColor नामक पोस्ट के पिछले हिस्से में हमने जो लाइटिंग फंक्शन DiffuseColor , वह DiffuseColor नामक फ़ंक्शन के लिए रेत के फैलाने वाले रंग की गणना को DiffuseColor ।

 float4 LightingJourney (SurfaceOutput s, fixed3 viewDir, UnityGI gi) { // Lighting properties float3 L = gi.light.dir; float3 N = s.Normal; // Lighting calculation float3 diffuseColor = DiffuseColor(N, L); // Final color return float4(diffuseColor, 1); } 

इस तथ्य के कारण कि प्रत्येक प्रभाव स्वयं-निहित है और अपने स्वयं के फ़ंक्शन में संग्रहीत है, हमारा कोड अधिक मॉड्यूलर और स्वच्छ होगा।

लैंबर्ट रिफ्लेक्शन

"लाइफ़ इन जर्नी" जैसी विसरित लाइटिंग बनाने से पहले, यह देखना अच्छा है कि "बेसिक" डिफ्यूज़्ड लाइटिंग फंक्शन कैसा दिखता है। मैट सामग्री के लिए सबसे सरल छायांकन तकनीक को लैम्बर्टियन परावर्तन कहा जाता है। यह मॉडल सबसे गैर-चमकदार और गैर-धातु सतहों की उपस्थिति का अनुमान लगाता है। इसका नाम स्विस विश्वकोश वैज्ञानिक जोहान हेनरिक लैंबर्ट के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1760 में इसकी अवधारणा का प्रस्ताव रखा था।

लैम्बर्ट की प्रतिबिंब की अवधारणा एक सरल विचार पर आधारित है: एक सतह की चमक इस पर प्रकाश घटना की मात्रा पर निर्भर करती है । ज्यामितीय रूप से, इसे नीचे दिए गए आरेख में दिखाया जा सकता है, जहां एक सुदूर प्रकाश स्रोत द्वारा गोला को प्रकाशित किया जाता है। यद्यपि गोला के लाल और हरे रंग के क्षेत्रों को समान मात्रा में रोशनी प्राप्त होती है, लेकिन उनके सतह क्षेत्र काफी भिन्न होते हैं। यदि लाल क्षेत्र में प्रकाश एक बड़े क्षेत्र में वितरित किया जाता है, तो इसका मतलब है कि लाल वर्ग की प्रत्येक इकाई हरे रंग की तुलना में कम प्रकाश प्राप्त करती है।


सैद्धांतिक रूप से, लैम्बर्ट प्रतिबिंब सतह और घटना प्रकाश के बीच सापेक्ष कोण पर निर्भर करता है। गणितीय दृष्टिकोण से, हम कहते हैं कि यह सामान्य से सतह तक का कार्य है और रोशनी की दिशा है । इन मात्राओं को दो इकाई लंबाई वाले वैक्टर ( इकाई वैक्टर कहा जाता है ) का उपयोग करके व्यक्त किया जाता है $$$एन$ और $$$एल$ । एकल वैक्टर शैडर कोडिंग के संदर्भ में निर्देश निर्दिष्ट करने का एक मानक तरीका है।




अधिक बारीकी से देखने पर, हम देख सकते हैं कि सतह को रोशनी की अधिकतम मात्रा प्राप्त होती है जब इसकी सामान्य रोशनी की दिशा के समानांतर होती है। और इसके विपरीत: कोई प्रकाश नहीं है यदि दो इकाई वैक्टर एक दूसरे के लंबवत हैं।


जाहिर है, के बीच का कोण $$$एन$ और $$$एल$ लैम्बर्ट के अनुसार प्रतिबिंब के लिए महत्वपूर्ण। इसके अलावा, चमक अधिकतम और बराबर है $$$100 \%$ जब कोण है $$$0$ और न्यूनतम ( $$$0 \%$ ) जब कोण को जाता है $$$90 ^ {\ circ}$ । यदि आप वेक्टर बीजगणित से परिचित हैं, तो आप समझ सकते हैं कि लैम्बर्ट के प्रतिबिंब का प्रतिनिधित्व करने वाली एक मात्रा $$$मैं$ के बराबर है $$$N \ cdot L$ ऑपरेटर कहां है $$$\ _ काड$ एक अदिश उत्पाद कहा जाता है।

(1)

$$$ $ प्रदर्शन $ $ \ शुरू {समीकरण *} I = N \ cdot L \ end {समीकरण *} $ $ प्रदर्शन $ $

अदिश उत्पाद एक दूसरे के सापेक्ष दो वैक्टरों के "संयोग" का एक माप है, और इससे अंतराल में भिन्न होता है $$$+ 1$ (दो समान वैक्टर के लिए) $$$-1$ (दो विपरीत वैक्टर के लिए)। एक स्केलर उत्पाद छायांकन की नींव है, जिसकी मैंने शारीरिक रूप से आधारित प्रतिपादन और प्रकाश मॉडल ट्यूटोरियल में विस्तार से जांच की।

कार्यान्वयन

और को $$$एन$ और करने के लिए $$$एल$ आप s.Normal और gi.light.dirin माध्यम से सतह shader प्रकाश सुविधाओं तक आसानी से पहुँच सकते हैं। सादगी के लिए, हम उन्हें shader कोड में N और L नाम देंगे L

 float3 DiffuseColor(float3 N, float3 L) { float NdotL = saturate( dot(N, L) ); return NdotL; } 

saturate फ़ंक्शन से मान को सीमित करता है $$$0$ को $$$1$ । हालांकि, चूंकि स्केलर उत्पाद से रेंज में है $$$-1$ को $$$+ 1$ , हमें केवल इसके नकारात्मक मूल्यों के साथ काम करने की आवश्यकता होगी। यही कारण है कि लैंबर्ट प्रतिबिंब अक्सर निम्नानुसार लागू किया जाता है:

 float NdotL = max(0, dot(N, L) ); 

परिवेश प्रकाश का विपरीत प्रतिबिंब

हालांकि लैम्बर्ट का प्रतिबिंब अच्छी तरह से सबसे अधिक सामग्री को ढालता है, यह न तो शारीरिक रूप से सटीक है और न ही फोटोलेस्टिक है। पुराने खेलों में, लैम्बर्ट शेड्स का बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया था। इस तकनीक का उपयोग करने वाले खेल अक्सर पुराने लगते हैं क्योंकि वे अनजाने में पुराने खेलों के सौंदर्यशास्त्र को पुन: पेश कर सकते हैं। यदि आप इसके लिए प्रयास नहीं करते हैं, तो लैम्बर्ट प्रतिबिंब को बचा जाना चाहिए और अधिक आधुनिक तकनीक का उपयोग करना चाहिए।

ऐसा ही एक मॉडल ओरेन-नैयर परावर्तन मॉडल है , जिसे मूल रूप से माइकल ओरेन और श्री सी। नैयर द्वारा 1994 में प्रकाशित लैम्बर्ट्स रिफ्लेन्स मॉडल के सामान्यीकरण के लेख में उल्लिखित किया गया था। ओरेन-नैयर मॉडल लैम्बर्ट प्रतिबिंब का एक सामान्यीकरण है और विशेष रूप से किसी न किसी सतहों के लिए बनाया गया है। प्रारंभ में, यात्रा डेवलपर्स अपने रेत शेडर के लिए आधार के रूप में ऑरेन-नैयर प्रतिबिंब का उपयोग करना चाहते थे। हालांकि, उच्च कंप्यूटिंग लागत के कारण इस विचार को छोड़ दिया गया था।

अपनी 2013 की रिपोर्ट में, तकनीकी कलाकार जॉन एडवर्ड्स बताते हैं कि जर्नी रेत के लिए बनाया गया प्रतिबिंब मॉडल परीक्षण और त्रुटि की एक श्रृंखला पर आधारित था। डेवलपर्स का इरादा रेगिस्तान के फोटोरिलेस्टिक प्रतिपादन को फिर से बनाने के लिए नहीं था, लेकिन जीवन को एक ठोस, तत्काल सौंदर्य बनाने के लिए सांस लेना था।

उनके अनुसार, परिणामस्वरूप छायांकन मॉडल इस समीकरण से मेल खाता है:

(2)

$$$ $ प्रदर्शन $ $ \ शुरू {समीकरण *} मैं = 4 * \ छोड़ दिया (\ बाएं (N \ odot \ बाएँ [1, 0.3, 1 \ सही] \ सही) \ cdot L \ दाएँ) \ अंत {समीकरण *} $ $ प्रदर्शन $ $

जहाँ $$$\ odot$ - तत्व - दो वैक्टर के बुद्धिमान उत्पाद ।

 float3 DiffuseColor(float3 N, float3 L) { Ny *= 0.3; float NdotL = saturate(4 * dot(N, L)); return NdotL; } 

प्रतिबिंब मॉडल (2) जॉन एडवर्ड्स कॉल विपरित विपरीत है , इसलिए हम इस नाम का उपयोग पूरे ट्यूटोरियल में करेंगे।

नीचे दिए गए एनीमेशन में लैम्बर्ट शेडिंग (बाएं) में अंतर और जर्नी (दाएं) के विपरीत अंतर को दिखाया गया है।

ग्रे के रंगों से

ऊपर दिखाए गए सभी एनिमेशन में भूरे रंग के शेड हैं, क्योंकि वे अपने प्रतिबिंब मॉडल के मूल्यों को दिखाते हैं, जो अंतराल से अलग है $$$0$ को $$$1$ "। हम आसानी से दो रंगों के बीच प्रक्षेप गुणांक के रूप में NdotL का उपयोग करके रंग जोड़ सकते हैं: एक पूरी तरह से छायांकित के लिए और दूसरा पूरी तरह से जलाए गए रेत के लिए।

 float3 _TerrainColor; float3 _ShadowColor; float3 DiffuseColor(float3 N, float3 L) { Ny *= 0.3; float NdotL = saturate(4 * dot(N, L)); float3 color = lerp(_ShadowColor, _TerrainColor, NdotL); return color; } 

भाग 3. सामान्य बालू

तीसरे भाग में, हम सामान्य नक्शे बनाने पर ध्यान केंद्रित करेंगे जो रेत के टीलों में चिकनी 3 डी मॉडल को चालू करते हैं।

ट्यूटोरियल के पिछले हिस्से में, हमने जर्नी सैंड की डिफ्यूज़ लाइटिंग को लागू किया। केवल इस आशय का उपयोग करते समय, रेगिस्तान टिब्बा सपाट और उबाऊ लगेंगे।


यात्रा के सबसे पेचीदा प्रभावों में से एक रेत का दाना है। किसी भी स्क्रीनशॉट को देखकर, यह हमें लगता है कि टिब्बा चिकनी और सजातीय नहीं है, लेकिन रेत के लाखों सूक्ष्म अनाज से बनाया गया है।


यह प्रभाव एक तकनीक का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है जिसे बंप मैपिंग कहा जाता है, जो प्रकाश को एक सपाट सतह से उछाल देता है जैसे कि यह अधिक जटिल था। देखें कि यह प्रभाव प्रतिपादन के स्वरूप को कैसे बदलता है:



छोटे अंतर को बढ़ते हुए देखा जा सकता है:

हम सामान्य नक्शे से निपटते हैं

रेत में रेत के अनगिनत दाने होते हैं, जिनमें से प्रत्येक का अपना आकार और संरचना होती है (नीचे देखें)। प्रत्येक व्यक्तिगत कण एक संभावित यादृच्छिक दिशा में प्रकाश व्यवस्था को दर्शाता है। इस आशय का एहसास करने का एक तरीका रेत के इन सभी सूक्ष्म अनाज युक्त 3 डी मॉडल बनाना है। लेकिन आवश्यक बहुभुजों की अविश्वसनीय संख्या के कारण, यह दृष्टिकोण संभव नहीं है।

लेकिन एक और समाधान है जो अक्सर एक वास्तविक 3 डी मॉडल की तुलना में अधिक जटिल ज्यामिति का अनुकरण करने के लिए उपयोग किया जाता है। 3 डी मॉडल के प्रत्येक शीर्ष या चेहरे को एक पैरामीटर से जोड़ा जाता है जिसे इसकी सामान्य दिशा कहा जाता है। यह एक इकाई लंबाई वेक्टर है जिसका उपयोग 3 डी मॉडल की सतह पर प्रकाश के प्रतिबिंब की गणना करने के लिए किया जाता है। यही है, रेत का अनुकरण करने के लिए, आपको रेत के अनाज के इस प्रतीत होता है यादृच्छिक वितरण का अनुकरण करने की आवश्यकता है, और इसलिए वे सतह के मानदंडों को कैसे प्रभावित करते हैं।


यह अनगिनत तरीकों से किया जा सकता है। सबसे सरल एक बनावट बनाना है जो टिब्बा मॉडल के मूल मानदंडों की दिशा को बदलता है।

सतह के लिए सामान्य $$$एन$ सामान्य मामले में, इसकी गणना 3 डी मॉडल की ज्यामिति द्वारा की जाती है। हालाँकि, आप इसे सामान्य मानचित्र का उपयोग करके संशोधित कर सकते हैं। सामान्य नक्शे बनावट होते हैं जो आपको मानदंडों के स्थानीय अभिविन्यास को सतह पर बदलकर अधिक जटिल ज्यामिति का अनुकरण करने की अनुमति देते हैं। इस तकनीक को अक्सर बंप मैपिंग कहा जाता है।

मानदंडों को बदलना एक काफी सरल कार्य है जिसे सतह के शेडर के surf फ़ंक्शन में किया जा सकता है। यह फ़ंक्शन दो पैरामीटर लेता है, जिनमें से एक SurfaceOutput नामक एक struct । इसमें एक 3D मॉडल का एक भाग प्रदान करने के लिए आवश्यक सभी गुण हैं, इसके रंग ( o.Albedo ) से लेकर पारदर्शिता ( o.Alpha ) तक। एक और पैरामीटर जिसमें यह होता है वह सामान्य दिशा ( o.Normal ) है, जिसे मॉडल पर प्रकाश को प्रतिबिंबित करने के तरीके को बदलने के लिए फिर से लिखा जा सकता है।

o.Normal पर यूनिटी डॉक्यूमेंटेशन के अनुसार, o.Normal संरचना को लिखे गए सभी o.Normal स्पर्शरेखा स्थान में व्यक्त किए जाने चाहिए:

 struct SurfaceOutput { fixed3 Albedo; // diffuse color fixed3 Normal; // tangent space normal, if written fixed3 Emission; half Specular; // specular power in 0..1 range fixed Gloss; // specular intensity fixed Alpha; // alpha for transparencies }; 

इस प्रकार, हम रिपोर्ट कर सकते हैं कि यूनिट वैक्टर को मेष के सापेक्ष समन्वय प्रणाली में व्यक्त किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, जब o.Normal को o.Normal float3(0, 0, 1) o.Normal मान सामान्य रहेंगे।

 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = _SandColor; o.Alpha = 1; o.Normal = float3(0, 0, 1); } 

ऐसा इसलिए है क्योंकि वेक्टर float3(0, 0, 1) वास्तव में 3 डी मॉडल की ज्यामिति के सापेक्ष एक सामान्य वेक्टर है।

इसलिए, सतह की सतह में सतह को सामान्य रूप से बदलने के लिए, हमें बस o.Normal में सतह फ़ंक्शन में एक नया वेक्टर लिखना होगा।

 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = _SandColor; o.Alpha = 1; o.Normal = ... // change the normal here } 

शेष पोस्ट में, हम प्रारंभिक सन्निकटन बनाएंगे, जिसे हम ट्यूटोरियल के छठे भाग में जटिल करेंगे।

रेत सामान्य

सबसे अधिक समस्याग्रस्त भाग यह समझ रहा है कि रेत के दाने कैसे सामान्य सतह पर बदलते हैं। यद्यपि व्यक्तिगत रूप से रेत का प्रत्येक दाना किसी भी दिशा में प्रकाश को बिखेर सकता है, कुल मिलाकर, कुछ और होता है। किसी भी शारीरिक रूप से सटीक दृष्टिकोण को रेत की सतह पर सामान्य वैक्टर के वितरण का अध्ययन करना चाहिए और इसे गणितीय रूप से मॉडल करना चाहिए। ऐसे मॉडल वास्तव में मौजूद हैं, लेकिन हमारे ट्यूटोरियल में प्रस्तुत समाधान बहुत सरल है, और एक ही समय में बहुत प्रभावी है।

मॉडल के प्रत्येक बिंदु पर, एक यादृच्छिक इकाई वेक्टर बनावट से नमूना लिया जाता है । फिर, सतह के लिए सामान्य इस वेक्टर की ओर एक निश्चित राशि से झुकता है। एक यादृच्छिक बनावट की सही रचना और उचित मात्रा में मिश्रण के चयन के साथ, हम टिब्बे की समग्र वक्रता को खोए बिना, सामान्य को इस तरह से सतह पर स्थानांतरित कर सकते हैं, जैसे कि दाने की भावना पैदा करना।

यादृच्छिक मूल्यों का नमूना यादृच्छिक रंगों से भरी बनावट का उपयोग करके किया जा सकता है। प्रत्येक पिक्सेल के घटक R, G, और B को सामान्य वेक्टर के घटक X, Y और Z के रूप में उपयोग किया जाता है। रंग घटक सीमा में हैं $$$\ छोड़ दिया [0, 1 \ सही]$ , इसलिए उन्हें एक अंतराल में परिवर्तित करने की आवश्यकता है $$$\ बाएँ [-1, + 1 \ दाएँ]$ । फिर परिणामी वेक्टर को सामान्यीकृत किया जाता है ताकि उसकी लंबाई बराबर हो $$$1$ ।

कार्यान्वयन

« », surf . , , , Journey . ( ) , ( ) .

 void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = _SandColor; o.Alpha = 1; float3 N = float3(0, 0, 1); N = RipplesNormal(N); // Covered in Journey Sand Shader #6 N = SandNormal (N); // Covered in this article o.Normal = N; } 

(bump mapping), , ( uv_SandTex ).

, , . , UV- , , . 3D- UV-, UV .

 N = WavesNormal(IN.uv_SandTex.xy, N); N = SandNormal (IN.uv_SandTex.xy, N); 

( IN.worldPos ) .

- SandNormal . , ( ) .

 sampler2D_float _SandTex; float3 SandNormal (float2 uv, float3 N) { // Random vector float3 random = tex2D(_SandTex, uv).rgb; // Random direction // [0,1]->[-1,+1] float3 S = normalize(random * 2 - 1); return S; } 

, . : , . , , , — .

. , , . , - .



. . , , , :


slerp , spherical linear interpolation ( ). Slerp , lerp, — , .

, slerp . , , .


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Lerp . , , , $$$1$ $$$0$ ।

, lerp , , slerp:

 float3 nlerp(float3 n1, float3 n2, float t) { return normalize(lerp(n1, n2, t)); } 

, nlerp , slerp. , The Witness . , Understanding Slerp. Then Not Using It Math Magician – Lerp, Slerp, and Nlerp .

nlerp , _SandTex :

 sampler2D_float _SandTex; float _SandStrength; float3 SandNormal (float2 uv, float3 N) { // Random vector float3 random = tex2D(_SandTex, uv).rgb; // Random direction // [0,1]->[-1,+1] float3 S = normalize(random * 2 - 1); // Rotates N towards Ns based on _SandStrength float3 Ns = nlerp(N, S, _SandStrength); return Ns; } 

:

आगे क्या है

, .

धन्यवाद

Journey Thatgamecompany Sony Computer Entertainment . PC ( Epic Store ) PS4 ( PS Store ).

3D- Jiadi Deng .

3D- Journey ( ) FacePunch.

Unity

, Unity Patreon . , 3D-.