在Krita中创建法线、置换、高度等贴图等
在Krita中创建法线、置换、高度等贴图等
在3D建模和渲染中，贴图（如置换贴图、高度图、法线贴图等）起着至关重要的作用。本文将详细介绍如何在Krita软件中创建这些贴图，帮助读者掌握这一实用技能。
在这个教程里（需要krita 4.4.8以上版本），我们将看到如何从一张照片创建displacement（置换贴图）、height（高度图）、normal（法线贴图）、roughness（粗糙度）、specular maps（高光贴图）。这些贴图在3d渲染中起着重要的作用，比如表示物体表面形变（置换图），或近似模拟物体表面细节（高度图、法线图），或者精确表示那些表面反射光、那些不反射（高光图、粗糙图）。
要注意的是，有时这些贴图之间的界限很模糊，比如高度图在一些shader中也被当成置换贴图来用，因为灰度数据同样能用来实时表示物体表面mesh的变化；另一方面，置换贴图也能被定义为高度图，比如地形、山脉。而且，在一些缺失法线信息的场合，高度图还能被当做bump map（凹凸贴图）以替代法线贴图。
这里将用来计算置换的叫做置换贴图，用来表示凹凸的叫做高度图，且不要和法线贴图混淆。
让我们从Krita中打开一张墙面照片开始，对于还不熟悉Krita这个软件的可先阅读相关文档：
为了能重用这张图，通过“Ctrl+J”复制图层，并命名为diffuse base
这里我们用了一张原始照片，但是良好的diffuse图是不应该包含任何阴影、光亮、背光区域的（会影响其他贴图效果），最好能提前处理掉。
什么是displacement map：
displacement map是一种灰度贴图（一般由8位字节表示，对应256个灰度，也有用16、32位来表示更多细节的情况），其中间值（不含任何偏移信息）为gray（16进制：#808080），最深的值为黑、最浅的值为白，大部分shader将这个值和高度对应。
在3d建模软件中，置换贴图被用来实时修改模型表面形状，通常配合高度图、法线图来获得立体效果。我们这里将砖面顶部定义为纯白色，混凝土部分定义为纯黑色，且还需要在图片中将砖面、混凝土分出来方便进一步处理。
在Krita中生成displacement map：
使用“Contiguous Selection Tool”这个工具能够依据颜色进行扩选、或剔除
同时在“Tool Options”面板中将“Fuzziness”值设为23
这样就能将混凝土部分单独选中
然而砖块下阴影部分中的混凝土没有被选中
那么就将“Fuzziness”值设为13，限制颜色模拟范围，同时按住“SHIFT”键（扩选），耐心的将处在阴影中的混凝土一个个选中。如果期间不小心选中的砖块，再按住“ALT”键，减选对应部分。
保持“SHIFT”键不放，还能通过其他工具，如框选、手动选择，来加快操作。
为了改善选择效果，还能使用笔刷；事实上，如果观察图层，会发现此时已经自动创建了一个图层，其对应着当前的选择。
这时如果选择图层，为选中部分会被红色显示出来，可以用笔刷（如Basic-1、Airbrush_Soft，白色、100%不透明）或橡皮擦，来绘制选择区域。
通过右键选中区域，并选择“Transform > Smooth”，平滑选择区域
就能获得
砖块的边缘应当由稍许模糊，右键选中区域“Transform > Feather Selection”,“Feather Radius”设置为2（也可以通过“Shrink”、“Grow”来调节选区）
一番操作下来就能清晰的看到砖块选区
和“Selection Mask”图层相对应
这样就能单独处理砖块、混凝土部分
但是我们需要先对“diffuse base”图层去色：先影藏selection mask图层
选择“diffuse base”图层，再通过面板下方+号边的下拉框，为其添加一个“Filter Layer”图层
在弹出面板选择“Adjust > Desaturate”滤镜，并选择“Average”选项（图像生效前都必须保持选中状态）
确认、应用
复制“Selection Mask”，并点击眼睛图标，使其可见
再次通过面板下方+号旁的下拉列表
创建一个“Paint Layer”，命名为“Dark Mortar”（快捷键F2重命名），将复制的Selection Mask拖动到这个层
选择“Dark Mortar”层，选择填充工具（位于左侧面板，快捷键“F”）
选择黑色
填充整个图层
选择“Copy of Selection Mask”层，右键菜单“Convert > To Transparency Mask”，将其转换为半透明遮罩
半透明遮罩使黑色图层只影响混凝土部分，而不影响砖块
我们给“Dark Mortar”设为80%，使得混凝土部分隐约可见
然后选择“Dark Mortar”以及关联的“Transparency Mask 1”，“CTRL+J”复制，并命名为“Light Bricks”，和“Transparency Mask 2”
选择“Transparency Mask 2”，“CTRL+I”反选；这样就能隐去混凝土、显示砖块部分。然后将整个“Light Bricks”图层填充白色，并设置不透明为60%，以便将砖块部分凸现出来。
这样就获得了displacement map置换贴图
那么现在就必须要对图像做模糊操作，因为置换贴图中的颜色边缘过于锐利，会导致凸出部分呈现90度锐角，会拉升diffuse贴图，此时就需要对图像进行软化。这里也并不需要担心丢失细节，因为置换贴图的目的只是表达砖块的形状，细节将由bump map进一步呈现。
添加一个滤镜图层“Blur > Gaussian Blur”，并将Horizontal radius、Vertical Radius设置为大约20px
获得这样一个置换贴图
然后导出“File > Export”，为“displacement_map.jpg”，再到其他3d建模软件中查看结果（这里我们用blender，加displace修改器）
保存文件“File > Save As”，“displacement_map.kra”
什么是Bump Map：
现在我们将创建高度图、法线图，这两者也被认为是bump maps（凹凸贴图）。在3d建模、渲染软件中，这两者提供物体表面细节，虽然他们不生成立体模型，但通过光照、阴影来表现立体效果；这样就能让你的模型用更少的面表现更多的细节，尤其是在电子游戏中。由于这些细节其实是假象，所以模型本身精度并不受到dump map影响。
什么是height map：
就像上面所提，heightmap和displacement在文件格式上很相似，但在图形学上不同，前者有更多的细节，对物体描述更精确。
它们同样被保存为8位、256色灰度图，从黑到白，表示物体表面每个像素的具体深度，白色表示凸、黑色表示凹，灰色取中间。
在3d环境中，高度图对灯光、阴影影响很大，所以你需要小心使用，必要时配合高光图（specular map）来解决shader上的问题。
和置换图不同，高度图有更多的细节，且不能被当做置换图来形变物体，所以混凝土、砖块的灰度值差距不能像之前那样大。
在Krita中创建高度图：
继续打开之前创建的displacement map，删除“Filter Layer 1 (Gaussian Blur)”，将“Dark Mortar”层不透明值设到40%
将“Light Bricks”层不透明值设到25%
那么就得到Height map
导出“height_map.jpg”
并保存文件“File > Save As”，为“height_map.kra”
什么是normal map：
就像之前凹凸贴图、高度图那样，法线贴图是一种小、而密集的凹凸贴图，如物体表的凹槽、抓痕、空洞等的细节。它实际上是一种图，不影响物体几何形状，但影响光照表现，以此达到节省物体多边形数量的目的。
在3d环境中物体由各个表面组成，每个表面各个点的矢量夹角来表示法线，进而参与物体表面的光照计算。相对于物体本身的真实形状（下图黑色部分），法线贴图为物体表面提供一层虚拟的扰动信息（下图蓝色部分）。
法线贴图是一种RGB（三色）贴图，每个像素表示其对应真实表面法线的相对面向。数学上，物体表面每一个点的切平面（事实上又叫“tangent space normal map”），由垂直该点的矢量构成。贴图就是有每个像素所代表的单位矢量，用RGB三分量代替矢量x、y、z，所组成。每个颜色代表不同的相对方向。在右手坐标系中，只表示面向外边的矢量，则有：
X：-1到+1、Red对应为0到255
Y：-1到+1、Green对应为0到255
Z：0到-1、Blue对应为128到255（右手系、z值向内）
那么用rgb表示的矢量图主要呈现蓝紫色（blue-violet predominance）。
一个normal map的矢量默认值（0、0、-1）被映射为（128、128、255）。这个颜色表示面向观察者，呈现亮蓝色，表示对应的表面没有任何形变。这个颜色通常占据normal map大部分区域。
在Krita创建normal map：
新建Krita文件，加载墙面照片，命名“diffuse”
图层面板+号旁下拉列表添加滤镜图层，选择“Edge Detection > Height to Normal Map”弹出窗口
在这里能看到几个选项：
三个不同的方法：Prewitt（生成较强的效果）、Sobel（更微弱的效果）、Simple（快速计算）。这里选择Sobel，因为并不需要太锐化的形状
用以计算高度的channel。我们这里用Blue，因为这里用来表示砖块裂痕已经足够，最好测试各个channel，选择最合适的
我们也没有改变水平、垂直半径的值，增加这些值会加强立体表现
特别要注意的是三个轴向的选择，默认X+、Y+、Z+，然后按OK生成
保存文件“normal_map.kra”、导出“normal_map.jpg”到blender查看效果，然而，这里看到混凝土比砖块更突出
右键选择刚才创建的滤镜层、或F3，选择“Properties”
修改Y轴朝向，使得X+、Y-、Z+组合
得到法线贴图
在blender中再次验证，发现表现更合理了
保存文件“normal_map.kra”、导出“normal_map.jpg”
什么是Roughness Map：
物体表面各个位置并非一样，有些光滑、有些粗糙，有些甚至是很多细小物件紧密组成。光线照射到表面不同粗糙位置，会产生不同反射效果。Roughness map也是灰度图，用以控制物体表面的反射形状，例如是硬表面、还是漫反射（这里漫反射表示模糊、粗糙的表面）
在一些你可以下载贴图网站，有时用“Gloss”代替“Roughness”，实质是一样的，只是将贴图值取反。
在Krita中创建roughness map：
就我们这个例子，墙面的混凝土部分很明显是粗糙的，同样砖块也不是新的、还有损坏，墙上的尘土同样会增加粗糙效果。
加载“displacement_map.kra”，删除“Filter Layer 1 (Gaussian Blur)”
为了获得高的粗糙度，就需要同时调高混凝土、砖块的亮度。所以将“Light Bricks”不透明调到58%，“Dark Motra”不透明调到0%，得到如下
另存文件“roughness_map.kra”，导出“roughness_map.jpg”
什么是Specular map：
在计算机图形学实时渲染中，用以确定高光反射强度，可节省场景内光照运算，或特殊场合下强制表面反射（例如刚拿出冰箱的饮料，起雾、且还有冷凝水流）。有光泽的表面用白色表示、平淡的用黑色表示，还能用来增强一些强调区域（如在昏暗灯光下，一些看不到的东西）
高光贴图一般用来表示那些需要反射、那些不需要，在PBR材质中表现并不真实（这种场合建议用Roughness替代）。
使用Krita生成specular map：
在我们这个例子中，没有需要特别反射的区域，所以并不需要生成reflection map。但这个贴图可以用在表现潮湿的墙面，这种情况下砖块比混凝土反射更多，整个墙面使用统一的高光是不合适的，需要对混凝土、砖块进行区分。
打开“height_map.kra”
如果你希望砖块反射更多，那么调高“Dark Mortar”不透明度为53%
同时添加一个“Levels”滤镜，“Filter Layer > Adjust > Levels”，添加一些差异，调整滑块Shadows value为16，midtones为0.506
再添加一个滤镜层“Adjust > HSV/HSL Adjustment”，“Lightness”设为-45，少许软化反射
保存“specular_map.kra”，导出“spcular_map.jpg”。
下载示例中的资源：
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/diffuse_map.jpg
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/displacement_map.jpg
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/height_map.jpg
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/normal_map.jpg
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/roughness_map.jpg
https://www.graphicsandprogramming.net/prjfiles/specular_map.jpg
