26.6. Текстуры и материалы

Определения и обозначения

Материал — набор свойств поверхности трёхмерного объекта, определяющий её цвет, блеск, прозрачность и другие визуальные характеристики. Проще говоря, материал описывает, как поверхность выглядит и реагирует на свет. Он нужен, чтобы отличать, например, матовую ткань от блестящего металла.

Текстура — изображение или другой графический рисунок, применяемый к поверхности объекта для передачи её цвета и деталей. Это может быть узор дерева, кирпичная кладка или мелкие пятна. Текстура помогает показать подробности, которые не нужно создавать отдельными элементами модели.

Текстурная карта — изображение или набор данных, используемый для задания отдельного свойства поверхности, например цвета или рельефа. Карта может содержать не только готовый рисунок, но и информацию, которую программа учитывает при отображении. Разделение свойств на карты позволяет точнее настраивать поверхность.

Текстурные координаты — координаты, указывающие, как изображение текстуры размещается на поверхности трёхмерного объекта. Они связывают точки на плоском изображении с участками модели. Координаты нужны, чтобы рисунок лёг на поверхность в подходящем масштабе и не смещался неожиданным образом.

Как это устроено

Материал задаёт общий вид поверхности, потому что описывает её свойства, а не отдельные изображённые детали. Например, цвет помогает отличить красный пластик от синего, а блеск — матовую поверхность от полированной. При освещении эти свойства проявляются по-разному: блестящая поверхность заметно отражает свет, а матовая выглядит более ровной. Поэтому, настраивая материал, учитывают не только его параметры, но и то, как свет падает на объект.

Текстура позволяет показать рисунок и мелкие детали, которые неудобно или нецелесообразно моделировать геометрией. Чтобы изобразить кирпичную кладку, не обязательно создавать каждый кирпич отдельной частью модели: достаточно нанести соответствующий рисунок на поверхность. Это сокращает количество деталей геометрии и помогает быстрее менять оформление. Однако рисунок остаётся изображением на поверхности, а не настоящими выступами и углублениями.

Чтобы плоское изображение легло на трёхмерную модель, программе нужно знать, какой участок текстуры соответствует каждой части поверхности. Эту связь задают текстурные координаты. У модели сложной формы поверхность приходится распределять по изображению, поэтому рисунок может оказаться растянутым, сжатым или смещённым. Проверка расположения текстуры помогает заметить такие искажения и исправить координаты.

Материал и текстура решают разные задачи, потому что материал описывает свойства поверхности в целом, а текстура служит источником рисунка или данных для отдельного свойства. Материал можно настроить без изображения: например, задать объекту ровный цвет и матовость. Если требуется узор, текстуру подключают к материалу и размещают на поверхности. Так можно менять детали рисунка, не подменяя ими настройки всей поверхности.

Сначала объекту назначают материал, затем настраивают его свойства и при необходимости подключают текстуры. После этого оценивают результат в сцене, поскольку освещение и способ отображения влияют на восприятие поверхности. Один и тот же цвет может казаться светлее или темнее, а блеск — сильнее или слабее. Поэтому окончательный вид объекта складывается из свойств материала, изображения текстуры и условий освещения.

Материал и текстура в трёхмерной графике

Сравнивайте столбцы по одной характеристике: так легче увидеть, что материал и текстура дополняют друг друга, а не заменяют один другой. Если нужно описать общее поведение поверхности, выбирайте настройки материала; если нужен рисунок или дополнительные данные — текстуру. В реальной модели часто используют оба средства одновременно.

Разбор задач

Задача 1. Создать шар и придать ему матовый красный цвет без рисунка. Сначала определим, какие особенности поверхности требуются: заданный цвет и отсутствие заметного блеска. Рисунка на шаре нет, поэтому подключать текстуру незачем. Настроим материал и проверим, как он выглядит при освещении.

1. Создаём шар и назначаем ему материал.
2. Выбираем красный цвет материала.
3. Настраиваем матовость, уменьшая выраженность блеска.
4. Проверяем результат при освещении сцены, чтобы убедиться, что цвет и матовая поверхность различимы.

Ответ: достаточно настроить цвет и блеск материала; текстура не требуется. Если шар выглядит слишком блестящим или цвет кажется не таким, как ожидалось, сначала проверяем параметры материала и освещение.

Задача 2. Нанести на куб изображение кирпичной кладки так, чтобы оно отображалось на его гранях. Здесь важно не только выбрать нужный рисунок, но и правильно разместить его на поверхности. Куб имеет несколько граней, поэтому одна и та же текстура может распределиться по ним не так, как задумано. Результат нужно проверить отдельно на каждой видимой грани.

1. Создаём куб и назначаем ему материал, к которому можно подключить текстуру.
2. Выбираем изображение кирпичной кладки и связываем его с материалом.
3. Настраиваем текстурные координаты, чтобы рисунок соответствовал граням куба.
4. Проверяем, не растянулись ли кирпичи и не сместились ли швы; при необходимости поправляем размещение.

Ответ: кубу нужны материал с текстурой кирпичной кладки и корректные текстурные координаты. Если рисунок на одной из граней выглядит неправильно, следует проверить соответствие текстуры поверхности, а не менять геометрию куба.

Задача 3. Оформить деревянный стол: передать цвет древесины и блеск поверхности, не добавляя мелкие детали геометрии. Цветовые особенности дерева удобно показать текстурой, а общий блеск задать материалом. Такое разделение помогает не смешивать рисунок с поведением поверхности при свете. Окончательное впечатление проверяют на модели в освещённой сцене.

1. Назначаем столу материал и настраиваем нужный блеск.
2. Подключаем текстуру древесины, чтобы передать её цвет и рисунок.
3. Настраиваем текстурные координаты и смотрим, как рисунок проходит по поверхности стола.
4. Оцениваем результат при освещении и при необходимости корректируем параметры материала или размещение текстуры.

Ответ: используем сочетание текстуры древесины и настроек материала. Текстура показывает рисунок, а материал помогает задать блеск; дополнительные геометрические детали для этого не нужны.

Типичные ошибки

Считать материал и текстуру одним и тем же. Такое смешение возникает потому, что оба средства участвуют в оформлении поверхности. Но материал задаёт её общие свойства, а текстура предоставляет рисунок или данные для одного из свойств. Проверьте себя: если убрать рисунок, но оставить цвет и блеск, материал всё ещё будет описывать поверхность.

Ожидать, что подключённая текстура автоматически правильно покроет модель. Можно забыть, что изображение нужно соотнести с поверхностью с помощью текстурных координат. Тогда рисунок растянется, сожмётся или сместится. Проверьте текстуру на разных участках модели и настройте её размещение, если детали выглядят искажёнными.

Пытаться передать текстурой объёмные детали. Рисунок может создавать впечатление неровности, поэтому его легко принять за настоящую форму. Однако обычная текстура сама по себе не меняет геометрию объекта. Проверьте силуэт модели: если он не меняется, выступы и углубления существуют только как детали изображения.

Оценивать материал без учёта освещения. Поверхность может выглядеть иначе, если свет падает с другого направления или имеет другую яркость. Ошибку допускают, когда судят о материале только по его настройкам. Проверьте объект в освещении сцены: сравните цвет и блеск при подходящих условиях, а не только в изоляции.

Связь с другими темами

Для работы с материалами и текстурами нужно понимать, что такое трёхмерный объект, его поверхность и освещение сцены. Поверхность служит местом, где отображаются свойства материала и рисунок текстуры, а свет помогает увидеть их особенности. Поэтому эта тема связана с построением 3D-моделей и настройкой сцены. Материалы и текстуры применяют при визуализации и при подготовке объектов для компьютерных игр.

Что запомнить

• Материал определяет свойства поверхности объекта.
• Текстура добавляет поверхности рисунок или данные.
• Материал можно использовать без текстуры.
• Текстура размещается на модели с помощью текстурных координат.
• Текстура меняет внешний вид поверхности, но сама по себе не меняет геометрию объекта.
• Освещение влияет на то, как воспринимаются материал и текстура.