法線

法線

法線は、表面に垂直に向かう仮想の線です。3Dグラフィックスでは、法線はレンダラーに表面がどの方向を向いているかを伝えます。これは照明計算に不可欠です。光線が表面に当たると、レンダラーは法線を見て、光がどのように反射するかを決定します。法線が光源を向いている場合、表面は明るくなります。反対方向を向いている場合、表面は暗くなります。

3Dモデリングには2種類の法線があります。面法線は個々のポリゴン面に垂直です。これらはバックフェースカリングに使用され、現在のカメラアングルからポリゴンが見えるかどうかを判断します。面法線がカメラから離れる方向を向いている場合、ポリゴンは描画されません。これにより処理能力が節約されます。頂点法線は各頂点周りの面法線の平均であり、スムーズシェーディングに使用されます。

スムーズシェーディングは、低ポリゴンモデルをファセット状ではなく滑らかに見せるものです。レンダラーは各ポリゴンの表面全体で頂点法線を補間し、曲面の錯覚を作り出します。これが、100個のポリゴンでできた球体が完全に丸く見える理由です。箱の縁のように硬いエッジが必要な場合は、頂点法線を分割して、各面がエッジに独自の法線を持つようにします。

法線マップは、法線方向情報をRGB色として格納するテクスチャです。平坦な表面の法線は真上を向いており、法線マップでは紫色の青としてエンコードされます。低ポリゴンモデルに法線マップを適用すると、レンダラーを騙して表面が実際よりも多くの詳細を持っていると思わせます。隆起、へこみ、傷は実際のジオメトリではありませんが、照明によってリアルに見えます。

法線マップはVFXに不可欠です。なぜなら、数百万のポリゴンのレンダリングコストなしに高解像度の詳細を得られるからです。高解像度モデルを彫刻し、詳細を法線マップにベイクし、低解像度バージョンに適用します。結果は高解像度モデルとほぼ同じに見えますが、レンダリングははるかに高速です。この技法は、現代のすべてのVFXおよびゲーム制作で使用されています。