Video Game Dev - Uni Insubria
24/10/2015
Video Game Dev 2015/2016
Univ Insubria
Textures
Marco Tarini
Texture mapping
=
+
geometria 3D
(insieme di quadrilateri)
Marco Tarini - 2015/2016
RGB texture 2D
(qui: color-map)
1
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Esempio (color-map)
+
=
Texture maps!
Uno degli assets + comuni e
importanti di un games
Uno dei maggiori consumatori
di GPU RAM
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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
segnali più complessi!
densi (dettaglio a buon mercato!)
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!)
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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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Texture maps
come assets
Caratteristiche:
Vincoli ricorrenti:
potenze di 2 per lato
(richiesto da sempre meno engines)
sia in U che in V
(es: 256x256 o 1024x512)
Size:
risoluzione
canali (es: alpha?)
res < max
(es: max = 4096 o 2048)
MIP-map
(presenti o no?)
Compressione?
e.g. “color-map”, quantizzazione
o schemi di compressione specifici
La maggior parte della
ricchezza visuale percepita
nel tipico videogames è dovuta
alle tessiture!
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Textures res
più impattanti (quality wise)
di Meshes res!
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GPU rendering of a Mesh
in a nutshell (reminder)
Load…
store all data on GPU RAM
Geometry + Attributes
Connectivity
Textures
Shaders
Parameters / Settings
THE MESH
THE “MATERIAL”
…and Fire!
send the command: “do it” !
Life of a Texure (as, basically, any 3D assets)
in a Game Engine
DISK
CENTRAL RAM
LOAD
IMPORT
Image
File
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GPU RAM
Image
Object
Texture
Sheet
on GPU
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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.
2.
3.
4.
5.
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selezione del livello di MIPmap appropriato (opz)
decompressione
gestione di accessi fuori dal bordo (e.g. repeat)
passaggio da coord UV [0..1]2
a coord in texel [0..RESX]x[0..RESY]
interpolazione bilineare (opz)
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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
DXT2
DXT3
DXT4
DXT5
“no / 1-bit alpha”
“rough alpha”
“smooth alpha ”
(diversi compromessi fra qualità, costo, canali…)
Texture Shhets:
formati files
per immagini generiche:
.JPG / .JPEG
lossy,
☺ ottimo rate compressione,
☺ immagini “fotografiche”: best
solo 3 canali (no choice)
8 bit x canale (no choice)
.PNG
☺ lossless
< compression ratio
☺ disegni: best
☺ anche canale alpha possibile
☺ anche 16 bits possibile
.TIFF e .RAW
(rari)
☺ lossless
compressione: vabbe’
☺ max flessibilità canali etc
appositi per textures:
(opzione più usata)
.DDS
(«direct draw surface»)
stesso indentico formato
usato in GPU. Quindi:
☺ inlcude MIPmap levels (volendo)
compressione: molto lossy
e compression ratio pessimo
(e rete fisso)
☺ GPU ready!
Just read from disk &
load on GPU memory
(no decompress / recompress!)
.PNM (davvero raro)
compressione: ahah
☺ ma parsing facilissimo! (no lib)
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Texture maps come assets:
formati files
x immagini generiche
x textures
(decomprimere tutta immagine
prima di poter accedere ai pixel)
(random accessibility ai texels,
senza decomprimere tutta l’imm)
☺ compressione: ottima
loading: pesante:
compressione: cattiva
☺ loading: leggero
decomprimere da RAM,
(forse) ricomprimere in
GPU-RAM
MIP-map lvls etc:
controllato dall’engine
direct copy
Disco => RAM =>
GPU RAM
☺ MIP-map lvls etc:
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
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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
MESH
A
MESH
B
TEXTURE 1
BUMPMAP
MATERIAL
A
TEXTURE 2
COLORMAP
Come si legano fra loro
tessiture & mesh?
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La parte 3D dei
game assets
3D Models
i.e. tri-meshes with:
per vertex attrib
normals, color, AO, …
LODs
uv-mapping
keyframes
cyclic animations
face-morphs, …
“skinning”
Materials
lighting model stats / flags
textures
RGB maps
normal maps
alpha maps …
shaders
vertex, fragments, …
Animations
blend shapes
skeletal animations
kinematic animations
geometry caches
skeletons (rigs)
Geometric proxies
hit-boxes
bounding objects
AI-meshes
Particle systems
Environments
3d scenes
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)
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Task di modellazione:
costruz dell’ “u-v mapping”
u
Texture “atlas”
v
(composto di
vari “charts”)
UV mapping:
esempio
u
…
A
M
N=A B
(vertex seam)
MESH
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B
C
M N
C
v
TEXTURE SPACE
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Notazione di spazio texture
Texture Space (o "spazio parametrico" o "spazio u-v")
1.0
es: 512 texels
Texture 2D
u
1.0
v
es: 1024 texels
Texture Space = [0,1] x [0,1]
Due notazioni
più diffusa
(in game industry)
u-v
(es DirectX)
s-t
(es OpenGL)
t
(0,0)
1.0
(0,0)
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1.0
s
1.0
u
1.0
v
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Nota: Spazio
tessitura non
dipende da risoluz (o forma)
t
1.0
Conveniente!
si può ridurre la res
dei texture sheets
(bilanciando
qualità / memoria)
senza alcuna
conseguenza
sull’UV mapping
delle mesh.
Texture 2D
1024x512
s
1.0
t
1.0
Es: caricare in
GPU RAM solo i
livelli MIP-MAP alti
128x64
s
1.0
Due tipi di UV-mapping:
UV mapping NON iniettivo
Zone diverse della mesh fanno riferimento
allo stessa regione della tessitura
es: with overlapping charts
☺ Ottimizzazione spazio tessiutra
aka: “UV-mapping”
(standard)
Sfruttamento simmetrie / ripetizioni del segnale
UV mapping iniettivo
Ogni punto della tessitura (non vuoto):
1 solo punto sulla mesh
es: non-overlapping charts
☺ Genericità / Flessibilità
aka: “Unwrapping”
o: “Unwrapped UVs”
o: “1:1 UV-mapping”
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?
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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
…o…
1. assegnare facce a charts
DEMO!
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!)
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Tileable Textures
B
A
A
B
Tileable textures
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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-mapper
3D painter
UV-mapping first, then paint 3D
paint within 3D modelling software,
or: 1. export 2D rendering,
2. paint over with e.g. photoshop,
3. reimport images
4. goto 1
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