Преобразование равнопромежуточных карт в кубические карты

В компьютерной графике и разработке игр равнопромежуточные карты окружения и кубические карты используются для создания панорамных изображений и отображения окружающей среды. В этой статье мы рассмотрим, что такое равнопромежуточные карты окружения, их преимущества и недостатки, а также преимущества кубических карт. Основной акцент будет сделан на пошаговом руководстве по преобразованию равнопромежуточных карт в кубические карты с использованием языка программирования D и библиотеки dlib.

Основная часть

Равнопромежуточные карты окружения

Равнопромежуточная карта окружения (equirectangular map) — это панорамное изображение, представляющее сферическое поле зрения в двухмерной плоскости. Обычно используется для представления окружения на 360 градусов и имеет простую структуру, при которой широта и долгота равномерно распределены по горизонтальной и вертикальной осям.

Преимущества

• Простота в создании и использовании.
• Широко поддерживается различными графическими редакторами и программным обеспечением.
• Легко редактировать и применять текстурные изменения.

Недостатки

• Угол обзора сильно искажается на полюсах (верх и низ изображения).
• Ограниченная точность отображения деталей на полюсах.

Преимущества кубических карт

Кубические карты (cubemaps) представляют собой набор из шести квадратных изображений, каждая из которых покрывает одну из сторон виртуального куба, окружающего наблюдателя. Кубические карты часто используются в графических движкх благодаря их ряду преимуществ:

• Минимальное искажение изображения.
• Эффективное использование текстурной памяти.
• Высокая точность отображения деталей по всем направлениям.

Пошаговое руководство по преобразованию

Шаг 1: Загрузка равнопромежуточной карты окружения

Для начала нам нужно загрузить равнопромежуточную карту окружения. В языке D мы будем использовать библиотеку dlib для работы с изображениями.

import dlib.image;
import dlib.imageio;

// Загрузка изображения
auto eqMap = loadImage("path_to_equirectangular_image.jpg");

Шаг 2: Инициализация кубической карты

Далее создадим структуру для хранения кубической карты. Она будет состоять из шести изображений, по одному для каждой стороны куба.

import dlib.math;

// Размеры кубической карты
enum faceSize = 512;
Image!RGB[] cubemap = new Image!RGB[](6);
foreach(i; 0 .. 6) {
    cubemap[i] = new Image!RGB(faceSize, faceSize);
}

Шаг 3: Преобразование координат

Преобразование равнопромежуточных координат в координаты кубической карты требует некоторой математики. Нам нужно будет определить, ккое пиксельное значение равнопромежуточной карт соответствует каждому пикселю на кубической карте.

void equirectangularToCubemap(const Image!RGB eqMap, ref Image!RGB[] cubemap) {
    foreach(faceIndex; 0 .. 6) {
        foreach(y; 0 .. faceSize) {
            foreach(x; 0 .. faceSize) {
                Vector3 dir = cubemapDirection(faceIndex, x, y, faceSize);
                auto color = sampleEquirectangular(eqMap, dir);
                cubemap[faceIndex].setPixel(x, y, color);
            }
        }
    }
}

Vector3 cubemapDirection(int faceIndex, int x, int y, int faceSize) {
    // Функция для преобразования координат пикселя в направление
    float u = (x / (faceSize - 1.0f)) * 2.0f - 1.0f;
    float v = (y / (faceSize - 1.0f)) * 2.0f - 1.0f;
    switch (faceIndex) {
        case 0: return Vector3(1, -v, -u);  // +X
        case 1: return Vector3(-1, -v, u);  // -X
        case 2: return Vector3(u, 1, v);    // +Y
        case 3: return Vector3(u, -1, -v);  // -Y
        case 4: return Vector3(u, -v, 1);   // +Z
        case 5: return Vector3(-u, -v, -1); // -Z
        default: return Vector3(0, 0, 0);   // Должно быть не достижимо
    }
}

RGB sampleEquirectangular(const Image!RGB eqMap, Vector3 dir) {
    // Преобразование направления в координаты на равнопромежуточной карте
    float longitude = atan2(dir.y, dir.x);
    float latitude = asin(dir.z);
    float u = (longitude + PI) / (2.0f * PI);
    float v = (latitude + PI/2) / PI;
    return eqMap.getPixel(u * eqMap.width, v * eqMap.height);
}

Шаг 4: Сохранение кубической карты

После преобразования необходимо сохранить кубическую карту в виде набора изображений.

foreach(i; 0 .. 6) {
    saveImage(cubemap[i], "cubemap_face_" ~ to!string(i) ~ ".png");
}

---

---