Texture Mapping

Beispiel: Eine Fläche der Szene soll den Eindruck erwecken als handle es sich um eine Mauer aus Steinen und Fugen. Dazu wird ein Foto von einer solchen Mauer auf die Fläche ''geklebt''. Immer, wenn die Fläche gerastert wird, werden die oben genannten Schritte für jedes Bildschirmpixel der Fläche durchgeführt.

• Die Koordinaten im DC werden für die Eckpunkte durch die Projektion WC_DC und für alle inneren Punkte durch Interpolation zwischen den Eckpunkten bestimmt. Es ergibt sich ein Tripel $(x,y,z)$.

• Eine zweidimensionale Textur, wie sie fast immer vorliegt, hat zwei Parameter $u$ und $v \in [0;1]$, die die Textur parametrisieren. Im zweiten Schritt wird die Projektion der DC-Koordinaten in den $(u,v)$-Raum berechnet. Im Mauer-Beispiel würde man eine perspektivische Projektion durchführen, um den korrekten perspektivischen Eindruck zu erhalten. Wenn z.B. eine Weltkarte um eine Kugel ''gewickelt'' werden soll, um den Eindruck eines Globusses zu erwecken, müsste eine sphärische Projektion gewählt werden. Andere mögliche Projektionsarten sind zylindrisch, elliptisch oder kubisch. Alle Projektionen sind Abbildungen; daher das Wort ''Mapping'' im Titel der diversen Techniken.

• Im darauffolgenden Schritt wird aus den Werten für $u$ und $v$ das Texture Element oder Texel für das aktuelle Pixel bestimmt. Diese Abbildung führt also aus dem Parameterraum in den Texturraum. Wenn die Mauer-Textur beispielsweise $256 \times 256$ Pixel groß ist, würden die Werte für $u$ und $v$ mit 256 multipliziert und der Nachkommaanteil abgeschnitten, um die ganzzahligen Koordinaten des Texels zu erhalten. Bei der Wahl dieser Korrespondenzfunktion (corresponder function, siehe Abbildung 19.2 ) stehen folgende Typen zur Verfügung:
  • wrap, repeat, tile: Das Bild wiederholt sich auf der Fläche. Dies wird erreicht, indem der Vorkommaanteil der Parameterwerte vernachlässigt wird. Diese Art des Texturing wird gewählt, wenn ein Material die ganze Fläche durch Wiederholung überziehen soll. Im Mauer-Beispiel wäre ein Bild ausreichend, das wenige Steine und Fugen enthält. Allerdings muß darauf geachtet werden, daß die Ränder des Bildes oben und unten bzw. rechts und links identisch sind; sonst sind die Nahstellen zwischen den Texturen erkennbar.

  • mirror: Wie wrap etc. allerdings wird die Textur abwechselnd im Original und in $u$- bzw. $v$-Richtung gespiegelt dargestellt. Dadurch läßt sich die Wiederholung schwerer feststellen.

  • clamp: Die Ränder der Textur fungieren als Klammer und werden für Werte $>1$ wiederholt. Manche APIs erlauben die Einstellung clamp für einen Parameter und wrap für den anderen.

  • border: Werte $>1$ werden mit einer extra festgelegten Farbe gerendert. Diese Einstellung läßt sich gut verwenden, wenn ein Aufkleber irgendwo auf einer Fläche plaziert werden soll.

• Die Werte, die bei diesen Koordinaten in der Textur hinterlegt sind, können auf verschiedene Weise genutzt werden, um das Erscheinungsbild der Fläche zu ändern. Im Mauer-Beispiel wären RGB-Werte in der Textur enhalten. Falls die Werte in der Textur für diese Fläche angepasst werden müssen, kann dies im nächsten Schritt geschehen. Wenn die RGB-Werte beispielsweise zu dunkel sind, könnten sie mit einem Faktor $>1$ multipliziert werden, um so eine Helligkeitssteigerung zu erreichen.

• Abschließend wird der Texturwert interpretiert. RGB-Werte aus Bildtexturen ersetzen z.B. die diffuse Objektfarbe in der Beleuchtungsgleichung. Neben der harten Ersetzung der Ursprungswerte, können diese auch moduliert werden. Zu welchen Ergebnissen das führt, wird in den folgenden Abschnitten beschrieben.

Wenn in jedem neuen Frame, das gerendert werden soll, ein neues Bild aus einem Film als Textur benutzt wird, erscheint es so, als ob der laufende Film auf die Fläche projiziert wird, wie auf eine Kinoleinwand. Wenn die Texturkoordinaten in jedem Frame neu festgelegt werden, ''wandert'' die Textur von Frame zu Frame über die Fläche.

Abbildung 19.2: Auswirkungen der Korrespondenzfunktion