置换贴图(Displacement map)，凹凸贴图(Bump map)与法线贴图(Normal map)的区别

英文原文地址《Difference between Displacement , Bump and Normap Maps》
By Pluralsight on August 14, 2014

你是否在学习如何为你的3D素材制作贴图的时候遇到了点小挫折？不要灰心！很多贴图或3D领域的艺术家在初次遇到凹凸贴图(Bump map)，法线贴图(Normal map)以及置换贴图(Displacement map)等概念的时候都会感到困惑。“它们的好像干的都是差不多的事情，不是么？”这个问题的答案就在于那个“差不多”。这三种贴图都是用来制造一些效果，看起来像在几何体的表面增加了分辨率或者更多的细节。而这些细节有些是真的有些是假的。在这篇文章中，我们将深入讨论每一种贴图，并了解每一种贴图能做什么不能做什么。你将更好地领会各种贴图的长处和短处。

凹凸贴图(Bump Maps)

凹凸贴图使用计算机图形在3D模型的表面制造出凹凸不平的质感的错觉。我们使用灰度(Grayscale)图和简单的光影技巧在对象的表面人为地制造这种质感，而不是真的在其表面扣出一个个的凸起和裂痕。

在今天看来，凹凸贴图实际上已经是一种比较旧的技术了。首先你要知道的是凹凸贴图制造出来的细节是假的。凹凸贴图不会给模型增加额外的分辨率。一般来说，凹凸贴图是只有8位(8-bit)色的灰度图。也就是说它只有256种不同的灰度。凹凸贴图中的值就是告诉三维软件两件事：凹或凸。当值接近50%灰度时，物体表面几乎不会有什么细节变化。当灰度值变亮(白)，表面细节呈现为凸出，当灰度值变暗(黑)，表面细节呈现为凹入。用凹凸贴图实现模型的微小细节非常棒。比如，皮肤上的毛孔和褶皱。它们可以用类似Photoshop等二维软件相对容易地编辑出来。凹凸贴图的问题在于，如果摄像机的角度不对，凹凸贴图会很容易穿帮。因为毕竟细节是假的，并非增加了真实分辨率。几何体的轮廓(silhouette)是不会被其上的凹凸贴图影响的。

法线贴图(Normal Maps)

法线贴图可以被认为是一种更新更好的凹凸贴图。和凹凸贴图一样，对于法线贴图，你首先要知道，它的细节也都是假的。几何体上不会添加额外的分辨率。最后，法线贴图虽然也是在模型表面创造了一种细节的错觉，但是它的实现方式和凹凸贴图不一样。如我们所知，凹凸贴图使用灰度值提供凹凸信息。而法线贴图使用RGB信息告诉3D软件每一个多边形(Polygon)表面法线的准确朝向。这些表面法线的朝向(有时简称为法向)，会告诉3D软件如何为多边形着色。学习法线贴图时，你应该知道共有两种类型。在2D空间中这两种类型看起来完全不一样。最常用的是一种叫做切线空间法线贴图(Tangent Space Normal Map),它呈现出混合的蓝色和紫色。

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置换贴图(Displacement Maps)

如果你需要为你的低分辨率模型增加额外的细节，那么置换贴图就是王者了。那些贴图会在物理层次上替换(正如其名)它们所作用的网格。使用置换贴图，为了能够创建细节，网格模型一般会被细分，这样真的拓扑结构才能够被创建。置换贴图的优点是，它可以由高分辨率模型烘焙而来，也可以手动绘制。和凹凸贴图一样，置换贴图也由8-bit灰度值组成。最关键的是，

使用多重贴图

有些时候你可以在同一个资源上综合使用凹凸贴图/法线贴图（二选一）和置换贴图。最好的策略就是用置换贴图去实现那些大的形变，用法线或者凹凸贴图实现那些小的细节。无论你使用哪种贴图，一知道它们的原理以及各自的强弱项会让你更容易地作出判断。终极标准是你选择的贴图应该最能够符合你需求场景。