Mapa bitowa: definicja i zastosowanie w renderze 3D

Mapa bitowa (bitmapa lub obraz rastrowy) to obraz złożony z siatki pikseli, w którym każdy piksel zapisuje wartość koloru. Fotografie, zrzuty ekranu i finalne obrazy wizualizacji 3D są mapami bitowymi. W wizualizacji architektonicznej mapy bitowe pełnią także drugą funkcję: są teksturami opisującymi powierzchnię każdego materiału w scenie.

Piksele i rozdzielczość

Piksel to najmniejsza jednostka mapy bitowej. Rozdzielczość określa, ile pikseli ma obraz w poziomie i w pionie, na przykład 3840 × 2160 pikseli, co na ekranie nazywa się 4K. Im więcej pikseli, tym więcej szczegółów może zawierać obraz i tym bardziej można go powiększać lub drukować bez widocznej siatki.

Należy rozróżnić dwa pojęcia, które często są mylone:

W praktyce: Render Fabrik to studio wizualizacji architektonicznych dla deweloperów i architektów w całej Europie, z wyceną w ciągu 24 godzin.

• Rozdzielczość w pikselach: rzeczywisty rozmiar pliku, który decyduje o dostępnym detalu.
• Gęstość (ppi lub dpi): liczba pikseli umieszczanych na każdym calu podczas druku. Jest to parametr wyjściowy, sam nie dodaje szczegółów.

Przy powiększaniu mapy bitowej powyżej jej rozdzielczości program musi wymyślać pośrednie piksele i obraz traci ostrość. Dlatego rozdzielczość wizualizacji 3D określa się przed rozpoczęciem obliczeń, w zależności od przeznaczenia: internet, media społecznościowe, drukowany katalog lub wielkoformatowa plansza.

Głębia koloru

Każdy piksel zapisuje swój kolor za pomocą określonej liczby bitów na kanał. Obraz 8-bitowy na kanał wystarcza do wyświetlania na ekranie. Obrazy 16-bitowe lub zmiennoprzecinkowe (32-bitowe) przechowują znacznie więcej informacji o świetle i kolorze, co pozwala korygować ekspozycję, kontrast i balans bieli w postprodukcji bez powstawania pasów i przepalonych obszarów.

Najczęściej używane formaty

• JPG: kompresja stratna, lekkie pliki. Idealny do publikacji w internecie i mediach społecznościowych, mało odpowiedni do wielokrotnej edycji.
• PNG: kompresja bezstratna i kanał alfa (przezroczystość). Przydatny do wycięć, logotypów i rzutów z przezroczystym tłem.
• TIFF: format bezstratny, obsługuje 16 bitów na kanał i warstwy. Typowy dla druku i archiwizacji wysokiej jakości.
• EXR (OpenEXR): format zmiennoprzecinkowy, obsługuje wiele kanałów w jednym pliku. To standard zapisu surowej wizualizacji 3D wraz z warstwami (odbicia, oświetlenie, maski, głębia) przed postprodukcją.
• HDR (Radiance): szeroki zakres dynamiczny. Stosowany głównie jako mapa otoczenia: panoramiczna fotografia oświetlająca scenę rzeczywistym światłem nieba lub wnętrza.

Mapa bitowa a obraz wektorowy

Obraz wektorowy nie składa się z pikseli, lecz z kształtów opisanych matematycznie: linii, krzywych i wypełnień. Dlatego można go skalować bez ograniczeń i bez utraty jakości. Rysunki CAD, logotypy i kroje pisma są wektorowe.

Mapa bitowa ma natomiast stałą rozdzielczość, ale potrafi przedstawić to, czego wektor nie odda dobrze: złożone gradienty, światło, miękkie cienie, odbicia, tekstury i cały niuans fotografii. W projekcie architektonicznym stosuje się oba typy: rysunek wektorowy stanowi podstawę modelowania, a końcowy obraz wizualizacji 3D jest zawsze mapą bitową.

Tekstury i mapy w materiale 3D

W silniku renderowania materiał to nie tylko kolor. Tworzy się go z kilku map bitowych, z których każda kontroluje inną fizyczną właściwość powierzchni. Jest to tak zwany przepływ pracy PBR (renderowanie oparte na fizyce).

• Mapa dyfuzyjna lub koloru bazowego (albedo): kolor i wzór materiału bez światła i cieni, na przykład słoje drewna lub podział płytek gresowych.
• Mapa normalnych: obraz w odcieniach niebieskiego i fioletu, który symuluje drobne wypukłości, takie jak fugi, pory czy chropowatość tynku, bez dodawania geometrii.
• Mapa szorstkości (roughness): w skali szarości wskazuje, które obszary są matowe, a które wypolerowane. Kontroluje wygląd odbić.
• Mapa przemieszczeń (displacement): również w skali szarości, rzeczywiście deformuje geometrię. Zarezerwowana dla widocznych z bliska reliefów, takich jak kamień naturalny, kostka brukowa lub cegła klinkierowa.
• Inne mapy: metaliczność, okluzja otoczenia, nieprzezroczystość (dla liści roślin lub ażurowych przesłon) i emisja (dla opraw oświetleniowych).

Jakość tych map decyduje w dużej mierze o realizmie. Tekstura o niskiej rozdzielczości wygląda nieostro w zbliżeniu; tekstura powtarzająca się zbyt często ujawnia sztuczny wzór na dużej fasadzie. Pracownie korzystają z bibliotek zeskanowanych materiałów, a gdy wymaga tego projekt, tworzą tekstury na podstawie rzeczywistych próbek producenta.

Jak stosuje się mapy bitowe w wizualizacji architektonicznej

W wizualizacji architektonicznej mapa bitowa pojawia się na trzech etapach procesu:

• Wejście: tekstury materiałów, mapy HDR do oświetlenia, fotografie działki w celu wkomponowania budynku w rzeczywiste otoczenie.
• Obliczenia: silnik generuje obraz piksel po pikselu, zwykle w formacie EXR, z osobnymi warstwami umożliwiającymi korektę każdej składowej światła.
• Wyjście: po postprodukcji obraz eksportuje się w formacie i rozdzielczości odpowiednich do danego zastosowania, od lekkiego JPG do internetu po wysokorozdzielczy TIFF do druku.

Jeśli prowadzą Państwo projekt mieszkaniowy lub deweloperski w Hiszpanii, mogą Państwo zobaczyć, jak stosujemy ten proces na naszej stronie wizualizacje 3D w Madrycie oraz w sekcji poświęconej Hiszpanii. Przykłady wykończeń i materiałów w finalnych obrazach znajdą Państwo w portfolio.

Najczęściej zadawane pytania

Jaką rozdzielczość powinna mieć wizualizacja 3D do druku?

Zależy to od rozmiaru wydruku i odległości, z jakiej będzie oglądany. Katalog czytany z bliska wymaga większej liczby pikseli na centymetr niż baner oglądany z kilku metrów. Właściwe jest określenie docelowego zastosowania przed uruchomieniem renderu.

Czy mapę bitową można przekształcić w obraz wektorowy?

Można ją zwektoryzować, ale działa to dobrze tylko w przypadku prostych obrazów, takich jak logotypy lub rysunki liniowe. Fotorealistyczna wizualizacja 3D, ze światłem i teksturami, traci cały swój niuans po przekształceniu na wektory.

Dlaczego wizualizację 3D zapisuje się w formacie EXR, a nie bezpośrednio w JPG?

Ponieważ EXR zachowuje pełną informację o świetle w zapisie zmiennoprzecinkowym oraz wszystkie warstwy oddzielnie. Dzięki temu postprodukcja może korygować ekspozycję, kolor i odbicia bez pogorszenia jakości obrazu. Plik JPG generuje się na końcu, wyłącznie do przekazania.