Che cos'è esattamente la mappatura UV e UVW?

Cercando di comprendere alcuni concetti 3D di base, al momento sto cercando di capire come funzionano effettivamente le trame. So che la mappatura UV e UVW sono tecniche che associano trame 2D a oggetti 3D - mi ha detto Wikipedia. Ho cercato su Google delle spiegazioni ma ho trovato solo tutorial che presumevano di sapere già di cosa si tratta.

Secondo la mia comprensione, ogni modello 3D è fatto di punti e diversi punti creano una faccia? Ogni punto o faccia ha una coordinata secondaria che mappa alla posizione ax / y nella trama 2D? O in che modo scartare manipola il modello?

Inoltre, cosa fa realmente la W in UVW, cosa offre rispetto ai raggi UV? A quanto ho capito, W si associa alla coordinata Z, ma in quale situazione avrei diverse trame per la stessa X / Y e Z diversa, la parte Z non sarebbe invisibile? O sto completamente fraintendendo questo?

La tua comprensione è vicina. Ogni modello 3D è fatto di vertici. Ogni vertice di solito definisce la posizione di un punto nello spazio, un normale (utilizzato nei calcoli dell'illuminazione) e 1 o più coordinate di trama. Questi sono generalmente indicati come u per la parte orizzontale della trama e v per la verticale.

Quando un oggetto è strutturato, queste coordinate vengono utilizzate per cercare quale texel o pixel tracciare dalla trama. Trovo più facile pensarli come percentuali o rapporti tra il bordo sinistro della trama ( u = 0) e il bordo destro della trama ( u = 1.0) e dalla cima della trama ( v = 0) e dal fondo di esso ( v= 1,0). Sono interpolati tra i vertici e cercati per ogni pixel sullo schermo che viene renderizzato. Possono essere più grandi o più piccoli di questi intervalli e lo stato di rendering impostato quando viene eseguito il rendering dell'oggetto specifica cosa succede. Le opzioni per questo sono CLAMP e REPEAT. Il serraggio limita la coordinata su 0 o 1, facendo sì che la trama si spalmi dove si trova al di fuori dell'intervallo. Ripeti provoca la ripetizione della trama quando è al di fuori dell'intervallo; è effettivamente lo stesso che afferrare solo la parte decimale della coordinata e usarla al suo posto.

Prima che le coordinate della trama vengano applicate su un oggetto, vengono moltiplicate per una matrice di trama per applicare una trasformazione ad esse (come ridimensionamento, traslazione o rotazione). A volte questo effetto è animato nei giochi per farlo apparire come se qualcosa si stesse muovendo attraverso un oggetto senza dover spostare l'oggetto stesso ... la trama scorre semplicemente attraverso di esso. Quando la matrice di trama viene moltiplicata per le coordinate della trama, produce 2 valori che vengono utilizzati per cercare il texel da tracciare (chiamiamoli s e t ). Questi sono generati automaticamente da u e v anche quando la matrice trama non è impostato; è l'equivalente di moltiplicare u e v per una matrice di identità.

Qui entra in gioco la coordinata w , anche se non viene usata così spesso. È un parametro aggiuntivo per moltiplicare la matrice di trama e viene solitamente utilizzato quando si desidera tenere conto della prospettiva (come in Shadow Mapping ). Funziona come quando si trasforma una posizione nello spazio-oggetto in spazio-schermo tramite una matrice di proiezione della visione del mondo. Moltiplicando l'UVW con una trasformazione di proiezione, si ottengono 2 coordinate, la s e la t che vengono quindi mappate su una trama 2D.

Prendi in considerazione un triangolo.

Ogni angolo ha una coordinata UV. Si interpolano tra questi per ottenere un insieme di coordinate UV per ciascun pixel. (C'è anche una prospettiva in gioco qui, ma ignoriamolo per il momento).

Quindi, prendi un texel dalla trama dalle coordinate U e V. Vale a dire, un pixel dalla coordinata della trama x, y - stessa cosa, terminologia leggermente diversa dal momento che stiamo parlando di trame.

Se la tua trama è veramente tridimensionale, avrai anche bisogno di una terza coordinata, W.

Un modo per visualizzarlo è pensare a un blocco di legno. Se lo tagli in qualche modo, vedrai che ogni piano all'interno del blocco contiene una sorta di trama 2d.

Le trame 3d sono così rare che per il momento puoi dimenticartene.

Pensa agli origami.

Una mappa UV è come una skin 2D appiattita (da scartare) della tua mesh 3D (shell).

Se dovessi ritagliare la mappa e piegarla lungo le linee delle maglie, il risultato sarebbe il tuo modello 3d.

I valori in virgola mobile (U, V) vanno da (0,0) a (1,1) L'angolo in alto a sinistra della mappa UV è (0,0) L'angolo in basso a destra è (1,1)

Ogni vertice in una mesh di poligoni (tris / quad) ha un valore (U, V) che indica al renderer quale parte della mappa usare.

Nella pipeline GPU, gli shader di vertice calcolano le proiezioni 2D di ciascun pixel in questi poligoni 3D, quindi frammentano gli shader colorandoli usando la mappa UV.

Questo non può essere pienamente apprezzato senza un'immagine come questa che rende tutto ovvio:

Come menzionato dagli altri commentatori, il componente W viene utilizzato dal renderer per effetti più elaborati come la mappatura dell'ombra, ma la mappa UV è la base per la comprensione.

Si noti che uno shader di vertice deve chiamare uno shader di frammenti almeno una volta per ogni pixel che deve essere colorato. Ecco perché le GPU sono processori paralleli con dozzine di core: la pipeline dello shader è molto impegnativa.

Si noti inoltre che le GPU integrate nella CPU sono progettate per dispositivi mobili e sono limitate a meno di un decimo del numero di core rispetto a quelle di GPU esterne di generazione simile. Questo a causa dei limiti di alimentazione e raffreddamento mobili. La legge di Moore sembra aver rallentato, ma le prestazioni stanno ancora migliorando (con lo strano scioglimento qua e là ..)

La mappatura UV di miliardi di pixel a 240+ frame al secondo può causare un vero casino!

Una mappa uv mappa un punto (x, y, z) nella mesh su un punto (u, v) nell'immagine trama. Poiché un'immagine è mappata (u, v) su un colore, le due mappe possono essere concatenate, producendo una mappa dallo spazio mesh allo spazio colore.

         uv map       color map
 (x,y,z)   ->   (u,v)    ->     color
 mesh           Texture
 space          space