【3DCGにおけるライティング】マップを理解しよう

2020年08月25日

本記事では、3DCGで使用される各マップの説明や目的を記載しています。

また、今回は法線マップをPhotoshopで作成し、Maya上で見え方を確認したいと思います。

さまざまな“マップ”を聞いたことがあっても実際よく分からない方に向けた内容です。

マップとは

3Dモデルのテクスチャの一種で、マテリアルのような影やディティール、ハイライトなどを擬似的に表現することができます。

マップには、ノーマルマップ、バンプマップ、ハイトマップ、ディスプレイスメントマップ、スペキュラマップなどいくつかの種類が挙げられます。

他にもマップの種類はありますが、今回は3DCGで主に使用される上記のマップをご説明します。

Bump（隆起） mapping=隆起を表現するマップ

バンプマップは、3Dモデルの高低差の情報をもとに、そのピクセルの法線の向きが決まるグレースケール画像です。3Dモデルのサーフェスに凹凸のあるディテールをマップ画像で表現することができます。

グレースケール画像なので、色の明度(白or黒)の情報のみを持っている画像データです。ピクセルの法線方向が自動で決められるため、値は相対値となります。

ノーマルマップのようにライティングなどの外的要素は計算されません。

余談ですが、ハイトマップもバンプマップの一種で、白いほど見た目の高さが高くなり、黒いほど低いという情報を保持します。つまり白黒の濃淡でピクセルごとに高さ情報を保持します。

ノーマルマップは法線マップともいい、ジオメトリのもつ法線方向を示すマップです。

このベクトル情報（法線の方向の情報）を元に、3Dモデルの反射加減やライティングが反映されます。なので、リアルタイムレンダリングで活用するときにおすすめです。

ノーマルマップ、ハイトマップはバンプマップのカテゴリに含まれますが、それぞれのデータの保存情報が異なります。ノーマルマップはバンプマップと比較してベクトル情報の有無が異なります。

ディスプレイスメントマップは、サーフェスのディティールを表現するシルエット（皮膚の凹凸など）に使われます。これは直接、ジオメトリに反映させることができます。

基本的にバンプマップと要領は同じですが、ジオメトリに反映できる点が異なります。

スカルプトソフトでディスプレイスメントマップを予め作成しておくと後の工程でリギングやアニメーションなどでもディティールを保持させながら作業できて楽です。

鏡面反射マップ、とも呼ばれます。

このマップは、3Dモデルの光沢の量を表現できます。一言でいうと“テカリ”の表現です。

顔の3Dモデルでメイクをしている場合のツヤ（ハイライトやアイシャドウなどのキラキラした部分）の表現することができます。また、汗などの一部分だけ反射表現させたい場合にも使用します。

マップの目的はレンダリング時間を短くして、処理負荷を軽減させることです。

マップの目的を理解すると、マップのメリットもなんとなく見えてくると思います。通常、細かい凹凸を含めてモデリングをするとポリゴン数が増えます。

ポリゴン数が増えれば増えるほどレンダリングにも時間がかかる事になります。よって、ゲームやアニメーションにおいて詳細なメッシュ構成をもつ3Dオブジェクトを動かす場合は処理負荷が高くなってしまいます。

レンダリング時間を軽減するため、ポリゴンを増やして詳細な形状を作成するのではなく、マップを使用することで3Dモデルの表面に擬似的なディティールを表現できます。

今回は、光の影響を受けるノーマルマップを作成してみたいと思います。Photoshopで簡単にできるのでチェックしてみましょう。

具体的なPhotoshopでの作成方法はこちらの記事に記載されています。

今回作成できたノーマルマップはこちらです。

ノーマルマップの作成

ちなみに今回使用した、テクスチャはこちらから。

それでは作成した法線マップをMayaで確認しましょう。

前のセクションでも説明した通り、ノーマルマップは光の影響を受けるので、ライティング有りと無しでどのような違いがあるか見てみましょう。

右がノーマルマップありの画像です。

こんな感じで、ライティングされている方がより立体的に見えます。ライトを動かすとノーマルマップの見え方も準じて変わるので便利です。

左:ノーマルマップ無し右:ノーマルマップあり