テクスチャマッピング

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1は肌理無しの3Dモデル
2は肌理有りの3Dモデル

肌理写像[1](きめしゃぞう,: texture mapping・肌理写像)とは、3次元コンピュータグラフィックスで作成された3Dモデル表面に質感を与えるための手法。肌理[1](きめ,: texture)とは元来、織物の質感を意味する。

概要[編集]

左は400万ポリゴンの3Dモデル。中央はそれを500ポリゴンに削減したもの。右は500ポリゴンの3Dモデルに肌理写像を施したもの。わずか500ポリゴンでも遜色なく描画できており、その絶大な効果がわかる。

肌理写像の技法は1974年、エヴァンス・アンド・サザランド社 (Evans and Sutherland) の産業用シミュレーションCGの製作に携わっていた、ユタ大学エドウィン・キャットマル (Edwin Catmull) らによって開発された[2]

肌理は3Dオブジェクトの表面に壁紙のように貼り付けられ、ノン・肌理・モデルとは比べものにならないほど質感の向上をもたらす。たとえば岩肌の肌理を不均等な多面体に適用すれば、多くの凸凹にポリゴンを使うことなく、現実感のある岩山を表現できる。実物を3Dモデル化する場合、細かな凹凸までモデリングしていたのでは、非効率的であるし不経済でもあるため、肌理写像が多くの場面で利用され、ポリゴン数の削減とパフォーマンスの向上に寄与している。

肌理技法の欠点としては、レンダリング時の詳細度が肌理画像の解像度に依存するため、肌理の解像度が十分でない場合、視点に近いポリゴンではピクセルが露呈してしまうことが挙げられる。この問題を解消するために肌理の解像度を上げようとする場合、肌理を格納するために利用可能な記憶領域の容量とのトレードオフとなる。これはベクトル画像に対するラスター画像のデメリットに相当する。


肌理座標[編集]

肌理の上の座標が肌理座標であり、2次元ベクトル、または3次元ベクトルで示され、ベクトルの成分は多くの場合U, V, Wで示される[3]。 肌理を物体に適用するためには、物体の各部分が肌理上のどの部分を使用するかという情報が必要であり、これは肌理座標で示される。この肌理座標は正確にはピクセル毎に必要となるが、実際には処理速度確保のために頂点毎に計算され、ピクセル毎の座標は線形補間されることが多い。

肌理座標は肌理のサイズを超える外側を指定することもできるが、その場合の画素値をどのように決めるかに関しては、いくつかの処理方法がある(クランプ・リピート・ミラーなど)。

2次元肌理の場合、肌理座標は事前に設定されるか、次の手法により生成される。(なお、2次元肌理座標は、U軸・V軸で表されることから「UV座標」とも呼ばれる)

平面投影[編集]

肌理を貼り付けた平面を物体が存在する座標系上に配置し、それを物体に投影する。投影する方向と面が垂直に近い場合、肌理は引き伸ばされ、歪みが大きくなる。

円筒写像[編集]

肌理を側面に貼り付けた円筒を座標系の上に配置し、それを物体に投影する。一般に、肌理座標でのU軸が角度方向となり、V軸が高さ方向となる。

球体写像[編集]

肌理を貼り付けた球体を座標系の上に配置し、それを物体に投影する。一般に、肌理座標でのU軸が経度となり、V軸が緯度となる。

UDIM[編集]

2次元肌理を、横方向に10個、縦方向に900個並べたタイル(パッチ)で表現し、各タイルに1001から9999までの通し番号を振り、複数のタイルを組み合わせて使うことで、肌理の解像度の不足等を補う方式。10×900個全てのタイルの画像を用意する必要はなく、必要な数と組み合わせでタイルを配置することで、柔軟性の高い写像を実現する。例えば、より高い解像度を必要とする部分には多くのタイルを使って大きな面積の肌理を構築したり、長方形以外の不定形の肌理もタイルの組み合わせをその形に合わせて配置することで可能とする。Foundry社のMARIで開発され、modoMaya、Substance Painterなど対応するアプリが徐々に増えつつある。

3次元肌理に関しては、6枚の正方形の2次元肌理を正六面体すなわち立方体の展開図に配置するキューブマップ英語版や、2次元肌理を奥行き方向に重ねたボリューム肌理がある。キューブマップは環境マッピングによく利用される。ボリューム肌理はフォグや煙、爆発などのエフェクトによく利用される。

さまざまな写像[編集]

肌理写像
肌理と呼ばれる模様や画像を貼り付ける(カラーマップ、ディフューズマップ)
グロス写像
ピクセル単位で光沢の度合いを制御する(グロスマップ、スペキュラーマップ)
バンプマッピング
表面に擬似的な凹凸を持たせる(ハイトマップ)
ディスプレイスメント写像英語版
環境マッピング
擬似的に周囲の写り込みを再現する
透過マッピング
部分あるいは全体に透明度/不透明度のパターンを持たせる(アルファマップ)
法線マッピング
ピクセル単位の3次元法線ベクトルで表面の詳細度を疑似的に向上する(ノーマルマップ)
シャドウ写像英語版
光源から見たシーンの深度情報を格納しておき、シーンに影を付与する(シャドウマップ)

肌理写像は、他の写像と区別するため、色情報あるいは拡散反射成分のみを与えるという意味でカラー写像もしくはディフューズ写像と呼ばれることもある。そのほか、光沢(鏡面反射)の特性をマテリアル単位(ポリゴン単位)ではなくピクセル単位で与えるグロスマップ(スペキュラーマップ)などもある。

用途[編集]

  • コンピューターグラフィックスでポリゴンの表面に肌理写像する事で質感を高める。
  • 地形データに衛星画像を肌理写像する事で3次元の地図を作成。

脚注[編集]

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出典[編集]

参考文献[編集]

  • JIS X 0013:1998「情報処理用語(図形処理)」

関連項目[編集]