Terrainberechnungen - was braucht es alles?

[Niki]

Nett! Ich bin erstaunt das es nur so wenig Polygone sind. Also ist bei dichtem Bewuchs die Füllrate wohl problematischer als die paar Polygone.

[Schrompf]

Exakt. Aber wir sind inzwischen ganz schön vom Ursprungsthema abgekommen. Nagut... Starcow ist auch selbst Schuld, er hat mit den Bäumen angefangen :-)

[Niki]

Och nöö, das würde ich jetzt so nicht sehen :) Zu Terrain gehört ja mehr als ein Höhenfeld. Bäume, Steine, etc, sind ja durchaus ein Teil davon.

[starcow]

Richtig! :mrgreen:
Nein, ich finds voll spannend! :-)
Schrompf, der Screenshot sieht klasse aus!

Niki
Was hast du den für Vorstellungen bezüglich deinen Texturen? Und was für ne Menge benötigst du?
Ich arbeite ja an meinem Abschlussfilm und dürfte nichtmal in dem Ausmass hier posten, geschweige den an was rumbasteln :-X - aber man braucht ja mal ne Abwechslung. Und vielleicht hab ich noch was in meiner Sammlung drin... hab ne zeitlang Terrain Texturen gemacht...

Gruss starcow

[Schrompf]

Zu Terrain gehört ja mehr als ein Höhenfeld. Bäume, Steine, etc, sind ja durchaus ein Teil davon.

Nö :-) Bei uns war das Terrain immer nur der große Mesh unter den Spielerfüßen. Alles andere lief bei uns unter dem Begriff "Landschaftsmöbel"

[Niki]

Was hast du den für Vorstellungen bezüglich deinen Texturen? Und was für ne Menge benötigst du?

Beantworte ich morgen Abend, weil's etwas Zeit kostet, ok? :) Ist schon etwas spät für heute.

[Niki]

So, dann wollen wir mal...

Erstmal Höhenfelder zum einfacheren Verständnis. Du hast eine Graustufentextur, wobei jedes Pixel in dieser Textur eine Höhe darstellt. Weiß ist ganz weit oben, und schwarz ist ganz weit unten. Solche Texturen hast du sicherlich schon zig mal gesehen, und wahrscheinlich auch benutzt. Nun rendert man ein Raster aus Quads, wobei die Rasterpunkte (Eckpunkte der Quads) auf zugehörige Höhen in der Graustufentextur fallen. Die Rasterpunkte werden anhand dieser Höhen vertikal verschoben. Die Graustufentextur hat also genau so viele Pixel (Höhen) wie das Raster Rasterpunkte hat. Diese Graustufentextur nennen wir nun eine Heightmap. Auch diese Technik hast du wahrscheinlich schon mal in einem 3D Programm benutzt, aber wenigstens haben wir jetzt einen einheitlichen Wortschatz für die folgenden Erklärungen.

Jetzt stell dir eine leere Leinwand vor. Diese Leinwand hat ein Grundmaterial, nämlich das aus dem die Leinwand selbst besteht. Jetzt nimmst du einen großen Pinsel, tränkst ihn in Farbe, und schleuderst diese Farbe auf die Leinwand. Diesen Vorgang wiederholst du mit z.B. 8 verschiedenen Farben. Das Ergebnis ist ein modernes Chaos-Kunstwerk das aus mehreren Ebenen (Layern) verschiedener Farben besteht. Dieses "Dranschleudern" von verschiedenen Layern aus Farben nennen wir nun Texture-Splatting.

Das Grundmaterial des Terrains, z.B. Erde, nennen wir Basistextur, und die wird erstmal über das gesamte Terrain gezogen. Generell werden alle Texturen gekachelt, und müssen damit in alle Richtungen nahtlos teilbar sein (seamlessly tilable textures). Die anderen 8 Farben entsprechen anderen Texturen (Gras, Sand, Stein, Schnee, Straße) und werden an entsprechenden Stellen layerweise über die Basistextur gelegt. Also zum Beispiel, Layer 0 = Basistextur, Layer 1 = Steintextur, Layer 2 = Grastextur, Layer 3 = Sandtextur, und Layer 4 = Straßentextur. Nun existiert pro Layer eine Alphamap. Diese Alphamaps haben, der Einfachheit halber, dieselbe Größe wie die Heightmap. Das heißt, pro Höhe, existiert pro Layer ein Alphawert, und dieser Alphawert gibt die Deckkraft für die entsprechenden Layertexturen an. Du hast also zum Beispiel eine Alphamap für den Sandlayer, und kannst nun darin rummalen. Weiß bedeutet "hier ist Sand", Schwarz bedeutet "hier ist der Layer unter dem Sand sichtbar", und Graustufen vermischen die Farben. So kannst du nun also, durch schlichtes Malen, über diese Alphamaps definieren wo Sand ist, wo Straße ist, wo Gras ist, usw. Lediglich der Basislayer 0 hat keine solche Alphamap, denn dieser Layer wird immer einmal erst mit voller Deckkraft gezeichnet. Auch diese Technik hast du möglicherweise schon indirekt benutzt, aber ohne vielleicht zu wissen, dass das ganze Texture-Splatting heißt oder die technischen Details zu kennen.

So... nun habe ich die Grundlage um das Hauptproblem zu erklären. Wenn du nun einen Übergang von Gras nach Sand haben willst, dann benutzt du in der Alphamap Graustufen. Dadurch das Graustufen die Texturen von übereinanderliegenden Layern vermischen, entstehen verwaschene Materialübergänge. Anstelle von Gras mit Sand dazwischen hast du dann plötzlichen grünen Sand. Das kann, je nach gewolltem Grafikstil, sehr hässlich sein (besonders wenn man bedenkt, dass eine Alphamap im Vergleich zur 3D Größe des Terrains sehr klein ist... Ein Quad ist ja größer als ein Pixel)

Das Ziel ist es nun diesen verwaschenen Look zu reduzieren und ganz nebenbei mehr Vielfalt zu erhalten.

Nehmen wir mal an, dass alle Materialtexturen die Größe 1024x1024 haben. Da machst du in Photoshop ein neues Bild der Größe 1024x1024 auf. In die Hintergrundebene von Photoshop packst du die Grastextur. In eine darüber liegende Ebene packst du die Straßentextur, und spendierst dieser einen Alphakanal. Da mein Projekt mittelalterliches Fanatsy ist, sehen die Straßen natürlich nicht aus wie auf der Autobahn. Aneinandergelegte Steinplatten passen da schon eher. Diese Steinplatten formen eine Struktur mit Rillen zwischen den einzelnen Platten. Du kannst nun den Alphakanal der Straßeneben so beeinflussen, dass stellenweise die Grastextur der Hintergrundebene sichtbar wird, und zwar in erster Linie in den Rillen der Straßentextur.
Wenn du dir nun vorstellst, dass alle Materialtexturen im 3D Terrain einen solchen Alphakanal haben, dann kannst du dir vorstellen wie das aussieht. Du erzeugt somit eine viel größere Vielfalt, da das Sichtbare in den Straßenrillen vom Untergrund abhängt. Wenn du nun auch noch daher gehst und sagst, dass das Vermischen der Farben der Materialtexturen nun nicht mehr von den großen Layer-Alphamaps abhängt, sondern von den Alphakanälen der Materialtexturen, dann entfernst du damit das Verwaschene vollständig. Die Layer-Alphamaps sagen dann nur noch "hier ist Sand" (weiß) oder "hier ist kein Sand" (schwarz). Graustufen sind da keine. Auf grund mathematische Formalen entstehen nun trotzdem Übergänge, die sehen dann wie Gras mit Sand dazwischen aus, und nicht wie grüner Sand. Das ganze kann nun aber an Materialübergängen etwas hart aussehen. Das behebt man dann dadurch das doch wieder ein paar Graustufen in die Layer-Alphamap eingeführt werden.

Um das ganze nochmal zusammenzufassen, schaue dir mal folgenden Blogeintrag an: http://www.m4x0r.com/blog/2010/05/blend ... -textures/

Du siehst hier wie Gras und Sand vermischt werden. Im oberen Bild entsteht aus Gras und Sand ein grüner Sand. In dem Bild darunter werden die Alphakanäle der Materialtexturen benutzt, wobei die Layer-Alphamaps nur sagen "hier ist Sand" oder "hier ist kein Sand". Schon viel besser, aber an den Rändern hart. Das letzte Bild zeigt die Wiedereinführung von Graustufen in die Layer-Alphamap. Perfekt!

Für die Programmierer unter uns: ich habe die Layer-Alphamaps nicht 100%-ig korrekt beschrieben. Im wesentlichen wird die Deckkraft der Alphamaps etwas anders benutzt, aber ich wollte hier nicht mit Formeln und Shadercode anfangen. Der oben genannte Blog verrät diese Details.

So starcow, mein Problem ist es nun die Materialtexturen mit den Alphakanälen zu erzeugen :) Bei Gras, Sand, Stein, Schnee, und Erde geht das noch halbwegs, da der Alphakanal quasi nur ein weiches Rauschen enthält. Bei den Steinplatten ist das schon aufwendiger. Das sind übrigens auch genau die Texturen, die ich für den Anfang brauche: Erde, Sand, Gras, Stein, Schnee, Plattenstraße. Falls du da was machen möchtest, dann würde ich mich sehr freuen, aber ich muss mich darauf verlassen können, dass die Texturen dann auch wirklich nicht das Copyright von jemand anders verletzen. Die Größe der Textur-Details ist momentan schwierig abzuschätzen, aber was du in obigem Blog siehst scheint mir einen gute Referenz zu sein (meine momentanen Testtexturen sind da ähnlich). Super wären 1024x1024 Texturen, denn runterskalieren kann man notfalls immer. Falls das zu hoch ist gehen aber auch 512x512 Texturen :) Und noch etwas... ich möchte ungern daran Schuld sein wenn du deinen Abschlussfilm verpatzt. Ich kann warten! :)

[starcow]

Hi Niki
Ich danke dir für diesen sehr umfangreichen Beitrag! :mrgreen:

Ich habe da ein paar Gedanken und Bemerkungen dazu :-)
Das Thema interessiert und fasziniert mich auch schon länger, und ich habe auch immer wieder nach verschiedenen Lösungs-Ansätzen "geforscht".

Ich bin mit den Blending-Methoden über verschieden gross skalierten Masken recht gut vertraut, da ich sie immerwieder selbst einsetze. Aber totzdem Danke für diese gute und ausführliche Zusammenfassung :-)
Ich kann dir mal schildern wie ich in etwa vorgehe bei einem Shading-Network für Szenen mit Terrain. Wobei man hier wieder Anmerken muss, das das auf Echtzeitgrafik vielleicht nur bedingt übertragbar ist - aus gründen der Performance.

Grundsätzlich entwerfe ich Texturen immer in 4k also 4096 X 4096 / gelegentlich auch 8k oder 2k. 16k und und <2k in Ausnahmefällen. 16k ist dann aus Performance Gründen eher nicht mehr so lustig zu gestalten - und hier braucht man auch merklich mehr Ausdauer. Der Unterschied zwischen 2k und 4k ist für mich als Grafiker aber nicht so dramatisch. Wenn ich 10 Stunden an ner 2k Textur sitze und für 12 Studen arbeit das ganze in 4k bekommen kann, ist der Fall für mich klar: 4k.
Weniger als 2k ist für mich wenig sinnvoll. Der Arbeitsaufwand von 1k gegenüber 2k liegt etwa bei 90% - ich bin dann aber mit 1k im rendring doch drastisch eingeschränkt. Und gerade bei sehr gelungenen Arbeiten kann das dann ganz schön ärgern :-)

Bei Texturen für weitläufige Areale setze ich auf eine 4 Paltte vom selben Motiv. Z.b Wiese satt, grün. Davon gibt es 3 Variationen. Alle diese lassen sich aber aneinander ankacheln. Egal von welcher Seite, und welche Textur. Sie sind beliebig nahtlos aneinander kachelbar. Per Zufall wird jetzt die Fläche mit diesen Stücken durchsetzt.
So sieht man selbst aus sehr grosser Höhe keine Wiederholungsmuster.
Fürs Blending setze ich meist auf Fraktale und Prozedurale Texturen (ausser es muss custom sein), die sozusagen "Auflösungsfrei" sind. Meistens ist das bei mir im Shading-Network ein ganzer Tree von geblendeten Fraktalen und Clouds (in verschiedener skalierungen) die dann als Alpha-Make fungieren.
Was mich jetzt aber doch erstaunt, ist die grösse deiner Alpha-Layermap. 1Pixel per Vertex? Das wäre bei meinem Beispiel-Terrain nur ne 320x320 Pixel Map! Da hätte ich jetzt keine Hemmung ne 2048 Map einzusetzen.

Deine Beobachtung vom 50% Blending über grosse Fächen hinweg kann ich nur teilen. Das funktioniert nicht, weils halt nach genau nach blending ausschaut :->
Oftmal bringt aber alleine schon die änderung der Blending-Methode die gewünschte Wirkung. Multiply / Negativ Multiply / Lighten etc. - was dein Programm so hergibt mal testen. ein Mutiply Blending sollte eigentlich auch in RealTime absolut kein Problem sein. Ich glaube all diese Blending Modi sind mathematisch nicht wirklich komplex. Und gerade Modi die so eine art Cap haben, geben oftmals deutlich realistischere Ergebnisse als reine 50% Mix-Blendings.
In der Art meine ich das

Code: Alles auswählen

if (LayerA.Pixel.Helligkeit >= (50+LayerB.Pixel.Helligkeit))
{ LayerA.Pixel.Helligkeit + LayerB.Pixel.Helligkeit}

Was ich jetzt bei deinem Post nicht 100% verstehe...
Du hast also für jede Textur eine kleine Alpha-Masken Map (also nicht die globale Layer-Blend Map). Bei deinen schönen Medieval Steinplatten wären dann die Rillen in dieser Map weiss.
Nun kommt die globale Layer-Blend Map und besagt: Die Steinplatten müssen hier zu 50% mit dem Grass darunter geblendet werden.
Was nun transparent wird, ist lediglich die Rillen der Steinplatten-Map und nicht die ganze Map selbst? richtig?
Was passiert nun aber, wenn die globale Layer-Blend Map besagt, das zu 25% geblendet werden soll? oder zu 75%?
Was man bräuchte wäre eine solche Alpha Map mit weichen Graustufen-Verläufen.
Nun wird aber vor dem rendern aus dieser graustufen Map eine harte s/w gemacht. Mit genau dem Threshould aus der globalen Alpha-Map.

Ich sehe du bist da ja ziemlich tief drin und hast natürlich entsprechende Ansprüche an die Qualität. Zur Zeit drück mein Zeitplan wieder. Ich muss bis morgen Abend eine ganze Tempel Architektur UV-Layouten :-X Ich mach das ja eigentlich sehr gerne (was meine Grafiker-Kollegen immerwieder erstaunt :-D). Nur der Zeitdruck müsste so nicht sein :-X
Deshalb wird es wohl darauf hinauslaufen, das wir die Sache nach meinem Abschlussfilm neu beurteilen müssen (Mitte / Ende Juni). Aber Grundsätzlich fänd ich das schon enorm spannend. Und paar Hires Terrain Texturen zu gestalten ist ja auch nicht sooo das riesen Ding.

Gruss starcow

Edit:
Hier noch ein Beispiel von einer Terrain-Textur von mir.


Wie in diesem beispiel erstelle ich mir oftmals Templates, womit ich dann per Fraktale verschiedene Textur-Typen blenden kann. Das könnten z.b Blüten in einer Wieso sein. Oder so wie hier, ein etwas weniger bewachsener Untergrund.
Der Vorteil an so einem Template ist dann, das ich die Fraktale schnell ändern kann und so eine Textur erhalte, die zwar ähnlich aber nicht gleich ist. So krieg ich dann auch relativ schnell ne Palette von mehrer Themen hin.
Übrigens war hier auch die grosse Herausforderung den Übergang von "Bewachsen" zu "Unbewachsen" realistisch hinzubekommen. Weil dieser musste ja Prozedural bleiben (austauschbar).
Darum hab ich auch auf eine nachjustierung per Hand komplett verzichtet, um zu sehen wie weit man automatisiert kommt.
Die Hauptthemen (Wiesengrün, Erde) sind eine Mischung aus Fotographie, Pinselarbeit und Fraktalen.
(ist übrigens die Textur, die ich auf dem Terrain eben getestet habe...)

Und hier noch ein Auszug aus einer 16k Arbeit...
Das 16k Quadrat links oben, zeigt genau 1/4 der gesammten Textur...
Bei so grossen Texturen ist es immer wieder interessant zu sehen, wie stark sich der optische Eindruck, in der skalierung ändern kann.

[Niki]

Ich melde mich später nochmal, denn grad im Moment ist's schlecht. Habe auch noch nicht alles gelesen. Wollte aber schon mal vorweg sagen... je größer die Originalbilder, desto besser. 1024 oder 512 hatte ich nur deshalb gesagt weil ich dachte das wäre einfacher für dich. Irgendwo muss man ja auch die Bildinformationen für sehr große Texturen hernehmen können :)

[Niki]

So, bin jetzt wieder da.

(1) Mein umfangreicher Beitrag
Mein Beitrag war deshalb so umfangreich, weil ich aus diesem Thread nicht ersehen kann ob du reiner Grafiker oder Grafiker+Programmierer bist. Deswegen wollte ich eine einheitliche Sprache vorgeben :)

(2) Texturgröße
Wie schon zuvor beantwortet. Je größer desto besser.

(3) Paletten von selben Motiv
Ja, daran habe ich natürlich auch sofort gedacht. Ist aber auch mehr Arbeit für dich, und ich kann nicht garantieren, dass ich später auch alle Variationen benutzen kann (performance-technisch). Außerdem bin ich niemand der gleich die ganze Hand nimmt wenn man ihm mal einen kleinen Finger anbietet. Ich habe mich also zurückgehalten.

(4) Größe der Alpha-Layermap
Momentan benutze ich 1024x1024 Heightmaps, und auch 1024x1024 Alpha-Layermaps. Das heißt aber nicht, dass man keine größeren Layermaps nutzen kann. Aber man muss es ja auch mal so sehen... nur weil du pro Vertex einen Alphawert angibst heißt das ja nicht, dass deshalb nur ein einziges Pixel aus der Materialtextur genommen wird und somit ein einfarbiges Quad entsteht. Der Alphawert gibt ja lediglich an ob ein Material benutzt wird, und Materialtexturen sind ja größer als 1x1 Pixel. Und wenn dann die Quads nicht zu groß sind, dann gibt das schon sehr viel Spielraum.

(5) Blendmodi
Du hast schon recht das die meisten Blendmodi mathematisch eher einfach sind. Allerdings ist es nicht so einfach die Blendmodi zum Beispiel pro Layer konfigurierbar zu machen, aus Performance-Gründen. Dazu musst du vielleicht wissen das ich die Layer nicht separate nacheinander zeichne. Es wird einmal gezeichnet, und der Pixelshader berechnet Pixelfarben unter Berücksichtigung sämtlicher Layer in einem einzelnen Schritt. Blendmodus ändern hieße für mich also eine Änderung des Blendmodus für das gesamt Terrain. Auch damit kann man natürlich rumspielen, aber ich bin momentan mit dem normalen Blending recht zufrieden. Also später mal, zumindest um Mal die Unterschiede zu sehen.

(6) Die Rillen in den Platten
Ich habe ja schon erwähnt, dass ich die Beschreibung mit dem Blenden teilweise übersprungen habe. Im folgenden wird angenommen, das 0=0=0% (schwarz) und 1=255=100% (weiß). Ein Wert von 0.5 wäre also ein mittleres Grau.
Du hast einmal den Wert aus der globalen Layermap. Nehmen wir da mal L=0.5 als Beispiel. Dann hast du einen Wert T aus der Maske der Materialtextur. Wenn nun T < L - X, dann wird der Pixel aus der Materialtextur überhaupt nicht gezeichnet (der Layer ist an dem Pixel volltransparent). Wenn T > L + X, dann wird der Pixel aus der Materialtextur genommen (ohne jegliche Transparenz). Wenn L+X >= T >= L-X, dann wird geblendet. Der Blendfaktor B ist dann B = (T - L + X) / (2 * X). Ich hoffe ich habe mich da jetzt nicht vertan :D Die Konstante X gibt hierbei lediglich die halbe Größe des Bereiches an, in dem überhaupt geblendet werden soll. Bei mir ist X=0.1. Versuch am besten die Formeln nachzuvollziehen, denn erst dann verstehst du so richtig was abgeht :)

(7) Dein Zeitplan
Wie ich schon sagte, ich kann warten :) Dein Abschlussfilm muss natürlich Vorrang haben. Ich hab ja für den Moment noch die geliehenen Texturen.

(8) Deine Beispieltexturen
*Neid* Das ist schon mächtig gut. Ich würde da wahrscheinlich eine ganze Woche aus so einem Ding rumpinseln und fotoretuschieren. Und selbst dann würde es nicht so aussehen wie deine Arbeit. Und die Teilbarkeit wäre wahrscheinlich auch schlecht :D