Normalen

Normalen

Eine Normale ist eine imaginäre Linie, die senkrecht auf einer Oberfläche steht. In der 3D-Grafik teilen Normalen dem Renderer mit, in welche Richtung eine Oberfläche zeigt. Dies ist für die Beleuchtungsberechnung unerlässlich. Wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche trifft, betrachtet der Renderer die Normale, um zu bestimmen, wie das Licht reflektiert wird. Zeigt die Normale zum Licht, ist die Oberfläche hell. Zeigt sie weg, ist die Oberfläche dunkel.

Es gibt zwei Arten von Normalen in der 3D-Modellierung. Flächennormalen stehen senkrecht auf jeder einzelnen Polygonfläche. Sie werden für das Backface-Culling verwendet, das bestimmt, ob ein Polygon aus dem aktuellen Kamerawinkel sichtbar ist. Wenn eine Flächennormale von der Kamera weg zeigt, wird das Polygon nicht gezeichnet. Das spart Rechenleistung. Scheitelpunktnormalen sind ein Durchschnitt der Flächennormalen um jeden Scheitelpunkt und werden für glattes Shading verwendet.

Glattes Shading ist das, was ein niedrigpolygonales Modell glatt statt facettiert aussehen lässt. Der Renderer interpoliert die Scheitelpunktnormalen über die Oberfläche jedes Polygons und erzeugt so die Illusion einer gekrümmten Oberfläche. Deshalb kann eine Kugel aus hundert Polygonen perfekt rund aussehen. Wenn Sie eine harte Kante wünschen, wie die Kante einer Box, teilen Sie die Scheitelpunktnormalen auf, sodass jede Fläche an der Kante ihre eigene Normale hat.

Normal Maps sind Texturen, die Normalenrichtungsinformationen als RGB-Farben speichern. Eine flache Oberfläche hat Normalen, die gerade nach oben zeigen, was in einer Normal Map als purpurblau codiert wird. Wenn Sie eine Normal Map auf ein niedrigpolygonales Modell anwenden, täuscht sie den Renderer, indem sie ihm vorgaukelt, die Oberfläche habe mehr Details als sie tatsächlich hat. Die Beulen, Dellen und Kratzer sind keine echte Geometrie, aber die Beleuchtung lässt sie echt aussehen.

Normal Maps sind für VFX unerlässlich, da sie hochauflösende Details ohne den Rendering-Aufwand von Millionen von Polygonen ermöglichen. Sie modellieren ein hochauflösendes Modell, backen die Details in eine Normal Map und wenden sie auf eine niedrigauflösende Version an. Das Ergebnis sieht fast so gut aus wie das hochauflösende Modell, rendert aber viel schneller. Diese Technik wird in jeder modernen VFX- und Spielproduktion verwendet.