建置 Wiki

最近花了一點時間wiki的架設. 原本公司內已經有個wiki了, 但是覺得不夠好用, 且版本很舊. 所以決定選一個更好用方便的wiki. 在WikiMatrix 看到許多wiki軟體的介紹, 花了一些時間比較之後最後選擇 DokuWiki. 主要的原因是架設容易, 功能也算完備.

有了Wiki, 接下來就是要能夠在上面建立公司內部資訊分享的資料庫了.
這部分或許需要學習. 就想寫blog一樣. 資訊分享還是要有心才能夠達成.

Normal map[結語]

這次仔細研究normal map的製作，算是把整個normal map完全了解了。把整理的心得放在這邊除了是做紀錄外，也是想說透過這個方式把心得分享出來，可以對其他人有幫助。希望這不是野人獻曝 :)

Normal map[參考資料]

技術文件

• Bump map compression
• Normal map compression with 3Dc

相關工具

• Zbrush官方網站
  有免費試用版本可下載，可是功能有限，可以拿來先熟悉了解一下雕塑功能。
• Mudbox
  有完整功能15天試用版本供下載。
• Nvidia Photoshop plugin ( Normal map filter & DDS importer/expoter)
• Normal map filter說明文件
• ATI the Compressornator (DDS& 3Dc generator)

normal map製作

• Normal map製作設定 (產生Y-up的normal map)
• Normal map製作心得 : Create Next Generating Materials for Lair
• Normal map製作心得2: Normal and Displacement Map, Sitting In A Tree
• Normal map製作心得3 (Maya + Mudbox)

Normal map[壓縮]

現在的3D遊戲幾乎都使用DDS的壓縮材質，主要原因是壓縮效率品質都不錯。可是normal map直接壓縮為DXT1~5這些格式, 效果都很不好。於是研究了一下目前一般常用的技術。

大致上目前使用的技術都是只儲存X/Y值，而Z值都在pixel shader裡面計算..

Z = sqrt( 1 – x*x – y*y)

這樣的方式有些限制：

• 必須是tangent space normal map。因為在world/object space下，Z有可能是正值或是負值，這個做法只能取正值(或是只取負值)。
• normal必須是normalize 的。一般我們會希望normal 都是normalize，所以不算很大的限制。
• pixel shader版本必須是1.4以上。

這個方式下有幾個常用的normal map格式：

• 使用V8U8/CxV8U8格式：效果和R8G8B8的normal map一樣好。但壓縮率還不夠好，只能壓縮到2/3。
• 使用Swizzled DXT5格式：基本上還是DXT5格式，但是把X值放到A，把Y值放到G，R/B channel可忽略，理由是DXT5壓縮特性使得A/G channel壓縮品質比較高。品質會比直接把DXT5存XYZ的方式好很多。
• 使用3Dc：這目前只有AMD(ATI)的GPU支援。效果應該比Swizzled DXT5好。(由於手邊沒有ATI的卡，所以無從比較)

下圖是測試比較圖，可以看出Swizzled DXT5效果還不錯說

簡單說明一下如何使用NVIDIA Photoshop plugin製作這些壓縮格式的方式：

• V8U8/CxV8U8格式：選擇V8U8/CxV8U8格式輸出。
• Swizzled DXT5：選擇DXT5_NM格式輸出。
• 3Dc：無法輸出。目前只有ATI支援，所以只能透過AMD(ATI)的工具The Compressornator輸出。

Normal map[製作]

normal map的座標系確定後，接下來整理一下normal map的製作方式。

一般製作normal map的方式大概有以下幾種：

1. 製作 bump map轉normal map
2. 製作高面數物件以及低面數物件來產生 normal map。
3. 拍照法

第3的方法可參考 http://zarria.net/nrmphoto/nrmphoto.html。以下針對1, 2做法做個說明。

製作bump map轉normal map

製作bump灰階高低圖透過轉換工具產生normal map。這個方法只適合產生tangent space的normal map。製作的流程如下：

• 製作bump圖。圖必須是RGB channel, 長寬必須是2的冪次方。
• 使用normal map轉換工具產生Y-up的normal map

NVIDIA Photoshop Normal map filter plug-in

紅色框的Invert-Y一要勾選, Wrap建議勾選

以下是試做bump map轉normal map的試做結果

製作高面數物件以及低面數物件來產生 normal map：

這個做法就是製作高面數的物件, 把高面數的normal 儲存成normal map。目前美術人員常使用的 3ds max, Maya, XSI等軟體都有內建高面轉低面數的工具，所以都可以使用這些工具製作高面數模型來轉換輸出。不過現在 Zbrush/Mudbox 這類 3D建模軟體的出現，使得 normal map 的製作更有效率。以下說明的是使用Zbrush/Mudbox軟體轉normal map的製作方式.。

使用ZBrush

製作的流程如下：

1. 先用3DS max、Maya、XSI等等製作遊戲使用的低面模型，並把UV拆好。ZBrush會使用同樣的UV資料來產生normal map。
2. 輸出OBJ格式。
3. 在ZBrush 使用Tool->import 載入OBJ檔案。
4. 使用ZBrush 製作物件細節。
5. 使用ZMapper工具產生normal map：
   產生Y-up的normal map設定方式如下圖所示:

   

   注意圖中紅色框框：
   

   Tangent space N.Map 必須勾選，才能產生tangent space的normal map。

   Flip Image Vertically 必須勾選。

   Interpolate/RayTrace : 計算normal map的方式, Interpolate 比較快，Ray Trace會比較慢。理論上ray trace品質應該會比較好才是。

   其他參數使用預設值。
   

   直接開啟ATI/Maya/NVIDIA tangent space設定檔也可以產生Y-up的normal map。
6. 在Texture介面export normal map輸出檔案。
   
   

以下是使用ZBrush製作normal map試做的結果：

使用Mudbox

製作方式與Zbrush差不多，也是製作低面模型輸出OBJ檔案到mudbox製作細節。不過目前測試的結果發現mudbox產生normal map的 Texture Baking工具 效果不是很理想，所以看到網路上一些美術好手的做法是將高面數的物件匯出OBJ檔案，再使用3DS MAX/Maya/XSI透過高低面產生normal map的工具來產生normal map。3DS MAX/Maya/XSI 產生Y-up 的normal map設定可參考http://sd-art.wikispaces.com/normalMapping

Normal map[規格制定]

normal map是使用RGB來儲存normal 的XYZ向量值，所以必須定義normal儲存的座標系。座標系就包括了world/object/tangent space，其中還分成左/右手系統。不同的座標系統在處理lighting計算時候會需要不同的處理方式, 因此程式人員需要制定normal map所在的座標系，才能夠正確的處理normal map效果。

目前最常使用到是tangent space的normal map．它的優缺點如下：

優處：

• 可以共用normal map貼圖（不同物件間的共用或是mirror物件共用）。

• 目前一些normal map壓縮技術也只能使用tangent space的normal map (這部分在normal map壓縮會詳細說明) 。

缺點：

• 需要 vertex normal/tangent的資料, 在計算lighting時候, 需要多處理一些座標轉換.處理。

World space/object space的優缺點和tangent space正好相反，所以某些狀況下或許使用world/object space的normal map 會比較好。

不過我目前只打算使用 tangent space的normal map. 對object space下的normal map有興趣的可看http://www.3dkingdoms.com/tutorial.htm

選定了tangent space, 接下來是要使用左手還是右手系統呢?

下圖是目前常見的兩種 tangent space 座標系統的圖示, X軸都面向右邊, Z軸都往螢幕外方向, 而Y軸向上或是向下.

下圖是兩個系統下normal map的比較.

可以發現左手系統XYZ(0, 1, 0) 或是RGB(128, 255, 128)是指向下方，右手系統是指向上方。在網路上搜尋了一下，似乎沒有人以左手右手系統來區分這樣的差別，只有提到Y向上或是Y向下。所以以下內容就是以Ｙ向上系統(Y-up)或是Y向下系統稱呼(Y-down)。

目前我是決定使用Y-up為normal map的座標系統。當然這只是一個規格制定時的選擇，重點還是在於產生normal map工具的設定是否可以輸出符合規格的normal map。

Normal map[前言]

normal map是目前3D遊戲最常使用的技術之一。之前參與過的專案有嘗試使用normal map，但是由於程式人員對normal map技術沒有完全了解，以及美術人員無法負擔因為製作normal map所帶來的的製作量，最後也就放棄了這個技術。

最近花了一些時間仔細研究一下normal map的製作規格以及製作方式。以下分成幾部分做個歸納整理：

1. normal map規格制定
2. normal map製作
3. normal map壓縮
4. normal map參考資料
5. normal map結語

Shadow map 初版

之前參與的專案就有做過shadow map了, 不過之前實作的方法一種是假shadow map, 就是shadow map只是shadow的形狀, 然後透過projective texturing的方式投射到場景中. 另一種是depth shadow map, 就是shadow map紀錄的是物件最靠近光源的depth值. 不過當時在DX8/XBOX的硬體上, 要輸出高精確depth 值並不容易. 主要是render target都是8bit/channel. 不過nvidia的卡因為硬體就支援depth texture以及shadow map的計算, 所以當時很快的就轉上去了..而且可以得到幾乎免費的2xPCF的柔化效果.

這次實作的shadow map的方式應該算是比較正規的做法. 只要支援shader model2.0以上的卡應該都支援. 概念還是一樣. 首先還是要先產生depth shadow map, shader model 2.0支援16-bit/32 bit的render target了. 這部分實作的細節可以參考DX 9.0c SDK的shadow map範例.

產生shadow map這部分挺好處理的. 最麻煩的是 shadow 計算. 這部分有幾個問題了

1. shadow 是要整合到lighting計算, 或是用overlay的方式處理(有點像後製)
   * 整合到lighting : 每個shader 都要寫個shadow 處理..很浪費時間.
   * overlay : lighting效果會不正確.
   
2. 如何有效控制shadow bias 值, 特別是要處理self-shadowing時候.
   
3. 如何快速產生soft shadow

這次修改的render queue打算支援多個光源多個shadow map, 以下是兩個平行光測試結果.


目前只是測試shadow map在render queue內的運作. 一些PVS 的機制尚未加入. 比如說view內需要處理哪些光, 需要把哪些物件放到產生shadow map的sub-queue內等等...這個版本的shadow map 是採用1024x1024 RG16F格式, 在產生shadow時候, 是整合到lighting計算, 使用3x3 PCF(從FxComposer的範例抄來的). lighting計算是 per-pixel light. 使用multi-pass處理2個光.

看起來想要支援多個shadow map效能上要再加強.....

Try to Inline shader text into C/C++ code

在Nvidia Devloper Blog看到Inlining shader text into C/C++ code這篇文章. 今天嘗試把一些預設的shader code使用這個方式載入.

方式很簡單, 就是在resource editor使用import shader .fx檔案的方式產生新的 resource, resource type定為RCDATA即可.這樣在使用D3DXCreateEffectFromResource時候, 就可以載入成功.

不過一開始測試的時候卻載入失敗. 原因是我把Graphics相關的部分寫成一個graphices.lib. 而resource的定義也是放在graphics.lib的project內. 但是在編譯主程式的時候, 雖然有link到graphics.lib..但是定義的resource卻不會自動link. 所以執行的時候就找不到相關的resource. 後來在高人指點之後, 才知道原來要手動link...於是把該編譯好的.res檔案加到主程式的專案內..這樣就可以執行了.

目前這個是暫時的解決方案, 因為我覺得這樣設定很突兀, 本來只需要透過設定project間的dependency就可以自動link lib的, 卻因為resource檔案必須手動加到主程式的專案. 之後如果把lib給他人使用, 編譯後的resource檔案也是要一起提供. 這樣不是很方便, 所以之後會想辦法改成DLL版本. 這個問題就可解決了.