UV-преобразование

Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы литературного русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. (19 июня 2011)

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок. (4 августа 2021)

UV-преобразование или развёртка в трёхмерной графике (англ. UV map) — соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта (X, Y, Z) и координатами на текстуре (U, V). Значения U и V обычно изменяются от 0 до 1^[1]. Развёртка может строиться как вручную, так и автоматически — например, в 3Ds Studio MAX есть несколько алгоритмов автоматического развёртывания модели.

В компьютерной графике под развёрткой понимают процесс проекции поверхности трёхмерной модели на двумерную текстуру. Современное программное обеспечение для трёхмерного моделирования рассматривает UV-преобразование в пределах одного треугольника как аффинное, что означает возможность задания координат текстуры (U,V) только для вершин каждого треугольника. Однако ключевая задача моделиста заключается в определении оптимального способа соединения этих треугольников на текстуре, что требует значительного мастерства и понимания принципов UV-развёртки.

Основные показатели качественной развёртки включают:

Эффективное использование текстуры - необходимость максимально заполнять доступное пространство текстуры, учитывая при этом требования к MIP-текстурированию. Как отмечают разработчики Valve, для корректной генерации уменьшенных копий текстур по краям развёртки требуется оставлять специальные припуски^[2].

Контроль детализации - равномерное распределение деталей текстуры без образования областей с недостаточной или избыточной детализацией.

Минимизация искажений - избегание значительных геометрических деформаций текстуры, которые могут привести к визуальным артефактам.

Соответствие стандартным ракурсам - ориентация элементов развёртки согласно типовым углам обзора объекта, что существенно облегчает работу художника по текстурам.

Оптимальное расположение швов - размещение границ развёртки (швов) в наименее заметных местах, таких как естественные складки или стыки деталей. Например, при создании персонажей для Dota 2 разработчики специально требовали выделять глаза в отдельный UV-островок^[2].

Баланс симметрии - для частично симметричных объектов важно комбинировать симметричные участки (упрощающие текстурирование) с асимметричными элементами, добавляющими реалистичность модели.

^[2]

В картографии цилиндрическая проекция — семейство проекций, которые преобразуют меридианы в вертикали (U=const), а параллели в горизонтали (V=const). Одна из цилиндрических проекций, так называемая равнопромежуточная проекция (φ — широта, [−π; π]; λ — долгота, [−½π; ½π]):

${\displaystyle u={\frac {\varphi }{2\pi }}+0{,}5}$

${\displaystyle v={\frac {\lambda }{\pi }}+0{,}5}$

Подобное преобразование можно применить и в компьютерной графике, чтобы наложить текстуру земной поверхности на трёхмерный шар. По этим метрикам:

• Использование площади текстуры: отлично. Использована вся площадь текстуры.
• Отсутствие областей с недостаточной/избыточной детализацией: средне. У полюсов избыток детализации.
• Сходство со стандартными ракурсами: хорошо. Такая проекция похожа на обычные картографические, хоть и не совпадает с ними.
• Отсутствие швов: отлично. Существует один шов по меридиану (между U=0 и U=1). Шов можно сделать максимально незаметным, расположив на его месте океан; также, циклически сместив текстуру, можно аккуратно прорисовать шов, а затем сместить обратно.
• Геометрические искажения: плохо. У полюсов поверхность Земли сильно искажена.
• Симметрия: неприменимо. Глобус несимметричен.

Рисованные и фотографические текстуры используют только две координаты: U и V. В случае автогенерируемых текстур или мультитекстурирования возможна третья координата — W, глубина в «континууме текстур»^[3]. Например, W=0 может быть песком, W=1 — камнями, промежуточные значения — песком, из которого выглядывают камни.

Теоретически возможны четвёртая, пятая и т. д. координаты — однако графическое аппаратное обеспечение, накладывая текстуры, проводит преобразование ${\displaystyle \mathbb {R} ^{3}\to \mathbb {R} ^{3}}$^[4] и отбрасывает третью координату. UVW-преобразование задействует отброшенную координату на переходы от одной текстуры к другой: это оживляет «заэкранный мир», не меняя серьёзно конструкцию видеоплаты.