في مجال رسوميات الحاسوب، الإكساء (بالإنجليزية: texture) هوأسلوب لإضافة تفاصيل على سطوح المجسمات الفراغية. هذه التفاصيل عادة تنتج قيم لونية ذات كثافة وتردد أعلى مما يمكن تضمينه في تعريف المجسم الأساسي. من أكثر استخدامات الإكساءات شيوعاً فرد صورة مسطحة على سطح مجسم ما، ليبدووكأنه مكسيّ (أومغلف) بهذه الصورة (انظر الشكل المجاور). مبتدع هذه الطريقة هوإدوين كاتمول في بحثه المقدم لرسالة الدكتوراه ومن ثم شركات اهتمت بتوليد الصور لعمليات المماثلة كإيفانز وساذرلاند. الترجمة الحرفية للمصطلح الإنجليزي هي نسيج، وهي تقترب من وصف النتيجة العملية، حيث يمكن افتراض حتى إكساء مجسم بصورة ما يظهر "نسيج" مادة هذا المجسم.

توصيف السطوح

تحتاج الإكساءات إلى توصيف واضح لتظهر بشكل سليم على السطوح المعنية (بالإنجليزية: texture mapping). هذا التوصيف هوتوصيف رياضي يربط بين نظام إحداثيات السطح ونظام إحداثيات الإكساء. كمثال، لدينا مثلث في الفراغ. ونريد تطبيق إكساء مسطح (صورة) على هذا المثلث. نريد مثلاً حتى يطابق الضلع العلوي من المثلث الضلع العلوي من الصورة. والضلعان الجانبيان يطابقان الضلعين الجانبيين في الصورة. عندها ستكون النتيجة كما في الشكل المجاور. للتعميم، إذا قلنا حتى المثلث معهد بإحداثيات فراغية س، ص،ع (x,y,z) والصورة فهم بإحداثيات مسطحة و، ز (u,v) فعملية توصيف السطح عندها تصبح تعبير عن تابعين رياضيين يأخذان المعاملات س، ص،ع ويعطي أحدهما القيمة و والآخر القيمة ز الموافقة لهذه الإحداثيات الفراغية. من أكثر طرق التوصيف شيوعاً في برامج التصميم هي كيفية التوصيف الصريح (بالإنجليزية: explicit UV mapping) والتي تتطلب من المستخدم ربط رؤوس المضلعات بقيم UV لقاءة لها. لإظهار المضلع المكسيّ، يقوم محرك الرسم بعملية استيفاء رياضي داخلي ضمن مساحة المضلع لحساب الـ UV السليم بالنسبة للـ UVs الفهم عند رؤوس المضلع، ومن ثم جلب التكسل اللقاء لهذا الإحداثي (UV) من الصورة واستخدامها كقيمة لونية في تلك المنطقة من المضلع.

من أنواع التوصيف الشائعة أيضاً التوصيف الضمني (بالإنجليزية: implicit UV mapping)، وهوتوصيف قادم من تعريف المجسم الأصلي، كما هوالحال مع سطوح نيربز NURBS، أومع أي مجسمات أخرى فهم بتوابع رياضية معينة. هذا النوع من التوصيف تلقائي ولا يحتاج إلى تدخل من الرسام لتعريفه.

نظام إحداثيات الإكساء و، زقد يكون ضمن المجال الحقيقي [0,1]. حيث يتم اصطلاح مبدأ الإحداثيات عند أحد أركان صورة الإكساء. كمثال، في مينتال راي وأوبن جي إل تـُعتـَبَر الزاوية السفلى اليسرى هي مبدأ إحداثيات الإكساء، والمحور و الموجب يتجه يميناً، والمحور ز الموجب يتجه للأعلى. أما في دايركت ثري دي، فإن الزاوية العليا اليسرى من الصورة هي مبدأ الإحداثيات، حيث حتى المحور و الموجب يتجه يميناً أيضاً، أما المحور ز الموجب فيتجه للأسفل . في حال استخدام إحداثيات خارج المجال [0,1]، فإن ضوابط عنونة الإكساء تستخدم لتحديد طريقة جلب القيمة اللونية المناسبة من الإكساء.

تطبيقات

لاقى مفهوم الإكساء رواجاً كبيراً بين المستخدمين، وتم تطويره واستخدامه في تطبيقات خارج النطاق الأصلي. من التطبيقات الحالية للإكساءات:

• في أغلب الأحيان، إضافة تفاصيل لونية مأخوذة مباشرة من صورة مسطحة (بالإنجليزية: diffuse map).
• إظهار انعكاس من البيئة المحيطة على جسم ما دون اللجوء إلى حسابات معقدة كتتبع الأشعة (بالإنجليزية: reflection map). هذا الأسلوب يعتمد على توليد إحداثيات الإكساء بطريقة حسابية تأخذ معلومات عين الناظر في الاعتبار.
• بأسلوب مشابه للانعكاسات، يمكن إظهار انكسارات الضوء عند انتنطقه عبر السطوح المتنوعة أيضاً دون اللجوء إلى تتبع الأشعة (بالإنجليزية: refraction map).
• إظهار نتوءات وحفر دقيقة على السطح دون الحاجة إلى تجسيمها فراغياً (بالإنجليزية: bump map). في هذا النوع من التطبيقات تعبر صورة الإكساء عن الانخفاضات والارتفاعات المنتشرة على السطح المكسي كقيم لونية تتراوح بين اللون الأبيض واللون الأسود. حيثقد يكون الأبيض هوأعلى نتوء على السطح، والأسود هوأعمق حفرة فيه. القيم البينية تعبر عن الارتفاعات المحصورة بين هاتين القمتين.
• نفس الهدف السابق، لكن بأسلوب مختلف يعتمد على حفظ النواظم على السطح ضمن الإكساء (بالإنجليزية: normal map).
• قناع mask يحدد ظهور نسبة دمج بين مصدرين لونيين مختلفين. كمثال، قناع للــّمعان (بالإنجليزية: specular map) يمكن استخدامه لتحديد الأجزاء المعدنية في المجسم من الأجزاء القماشية.
• إزاحة السطح المكسي على خط الناظم في جميع نقطة (بالإنجليزية: displacement map).

وتطبيقات أخرى عديدة...

أنواع

هناك عدة أنواع من الإكساءات المستخدمة في مجال رسوميات الحاسوب. جميع نوع يستخدم في مجالات معينة:

• إكساءات خطية (ذات بعد واحد): تتألف من سطر واحد من التكسلات فقط. عادة تستعمل هذه الإكساءات لاستخدامات خاصة كالتعبير عن التدرج اللوني لمظلل كرتون، أوللتعميم كتابع رياضي من متغير واحد يأخذ قيمة ضمن المجال [0,1] ويعيد قيمة لقاءة. يستخدم هذا النوع من الإكساءات في محركات الرسم الفورية بشكل أكثر كثافة من محركات رسم الإنتاج الفلمي.
• إكساءات مسطحة (ذات بعدين): وهي الأكثر شيوعاً بين بقية الأنواع. الإكساء يتكون من صورة مستطيلة (أومربعة) تتألف من مصفوفة من التكسلات المتجاورة.
• إكساءات حجمية (ذات ثلاثة أبعاد): وهي محدودة الاستخدام خصوصاً في محركات الرسم الفورية نظراً لكونها تستهلك أحجاماً كبيرة من الذاكرة. الإكساء الحجمي هومتوازي مستطيلات (أومكعب) مصمت مليء بالتكسلات. يمكن تخيله كمجموعة شرائح متلاصقة من الإكساءات المسطحة.
• إكساءات مكعبة: تنتشر كثيراً في محركات الرسم الفوري، وهي تتألف من مكعب بستة أوجه، حيث جميع وجه هوتعبير عن إكساء مسطح منفصل.

التسليم المنظوري

عند رؤية المشهد التخيلي من خلال كاميرا ذات إسقاط فراري، فإن الأجسام تتشوه بحسب عمقها بالنسبة لعدسة الكاميرا. تحدث هذه الظاهرة نتيجة لقسمة الإحداثيات الفراغية على العمق بالنسبة لعين الناظر عند تحويلها إلى نظام إحداثيات الشاشة، ويتم تطبيق عملية القسمة على جميع النقاط المكونة للمجسم الذي يتم رسمه، ومن ثم يتم تلوين المجسم بالإكساء عن طريق استيفاء إحداثيات التكسلات المناسبة بين نقاط المجسم. إلا حتى الاستيفاء الخطي البسيط لا يأخذ عملية القسمة المذكورة أعلاه بعين الاعتبار، مما ينتج إكساءات مشوهة قد تكون واضحة بحسب زاوية الرؤية ومدى التشويه المنظوري. تقوم عملية التسليم المنظوري (بالإنجليزية: perspective correction) في الإكساء بإضافة القسمة إلى عملية الاستيفاء مما يجعل تكسلات الإكساء تظهر بشكل سليم منظورياً.

بدون التسليم المنظوري، يتم استيفاء إحداثي التكسل ${\displaystyle u_{\alpha ^{$ بين نقطتين بالقيم ${\displaystyle u_{0 ^{$ و${\displaystyle u_{1 ^{$ كالآتي:

${\displaystyle u_{\alpha ^{ =(1-\alpha )u_{0 +\alpha u_{1$ حيث ${\displaystyle 0\leq \alpha \leq 1$

مع التسليم المنظوري، يتم الاستيفاء بعد القسمة على العمق ${\displaystyle z_{ ^{$ كالآتي:

${\displaystyle u_{\alpha ^{ ={\frac {(1-\alpha ){\frac {u_{0 {z_{0 +\alpha {\frac {u_{1 {z_{1 {(1-\alpha ){\frac {1 {z_{0 +\alpha {\frac {1 {z_{1$

باعتبار حتى عملية القسمة تعتبر من العمليات المكلفة في المعالجات القديمة، فإن الكثير من محركات الرسم بتلك الفترة كانت تتجاهل عملية التسليم المنظوري. لاحقاً، تم إدراج هذه العملية بشكل افتراضي مع تطور أداء المعالجات في الحاسوب. يمكن تفادي استعمال التسليم المنظوري عن طريق استخدام عدسة بإسقاط متوازي لرؤية المشهد التخيلي، حيث حتى الحاجة لعملية القسمة تنعدم كليةً حتى على نقاط المجسم. يمكن أيضاً تفادي العملية عن طريق زيادة عدد النقاط المكونة للمجسم (كما يظهر في الشكل)، إلا حتى هذا الحل ليس حلاً جذرياً، ولا يعطي نتائج متجانسة مع حركات الكاميرا المنتظمة.

انظر أيضًا

• ملمس (فنون بصرية)

ملاحظات ومصادر

تقنيات متعلقة

• عنونة الإكساء.
• ترشيح.
• ميب ماب.
• انعكاس.

وصلات خارجية

• مسقط إنترنت يتيح رؤية أشكال فراغية مكسية بشكل تفاعلي.