что такое pbr: Что такое PBR? Часть 1

В этом сете есть дополнительная IOR карта, которую нужно подключать к слоту Fresnel IOR и так же немного измененная по цвету Specular карта. Такое решение делает шейдер более корректным и отвечающим принципам PBR. Есть два шейдерных решения так или иначе поддерживаемых в большинстве рендер движков — Specular workflow и Metalness workflow. Эти решения отличаются набором необходимых текстур и соответственно слотами размещения. Забегая вперед сразу скажу, что Metalness workflow более удобен, более экономичен в расходовании видеопамяти (актуально для игровых движков), прост и поэтому стал теперь доминирующим рабочим пространством.

• Иначе как игрок поймёт, что он видит перед собой именно необработанную, а не покрытую столярным клеем доску?
• Только красные волны отражаются обратно, в то время как другие поглощаются, как показано на рис.
• В основе же любой рендер системы используются одни и те же формулы, выведенные учеными.
• Когда параметр Metallic равен 1, то текстура BaseColor отвечает за отражающую способность материала и работает аналогично параметру Specular из Specular/Gloss.
• Тот факт, что мы работаем в физически корректной среде, отнюдь не значит, что мы не можем сделать красивую стилизацию текстуры или материала.

3d-печать из металла
…стало реальностью напечатать любую вашу 3d-модель из нержавеющей стали, с доставкой по всему миру… Я не буду перетряхивать все рендер движки, на предмет того, как у них организовано подключение так называемых PBR текстур и ограничусь только V-ray. Она используется в основном для материалов с эффектом поверхностного рассеивания. Например, для человеческой кожи, некоторых камней и фруктов. При работе на большом проекте вы можете договориться и выработать гайдлайн, по которому, например, материалу дерева в Color ID будет соответствовать красный цвет, а материалу резины — синий.

Также есть свойство Френеля, которое заключается в том, что сила отражений зависит от угла зрения — чем ближе зеркальная поверхность к наблюдателю, тем слабее получится само отражение. Это приводит нас к мысли, что у объектов, которые отлично отражают свет, нельзя увидеть материал, из которого они состоят. Это работает и в обратную сторону — мы отлично видим сам материал, если объект плохо отражает свет. Часть II
— была посвящена такому понятию как PBS — Физически корректный шейдинг, как неотделимая часть физически корректного рендеринга. КАК начать изучать 3ds Max или Maya
…есть принципы обучения, которые помогут вам изучить 3D наиболее эффективно…

Дополнительные текстуры — что это и как этим пользоваться

Луч, который сталкивается с поверхностью, называют падающий луч, и угол, под которым он падает, называется угол падения, как показано на рисунке 01. Разработчики прекрасного софта Substance Painter (и других полезных пакетов для упрощения процесса создания материалов) также проводят образовательную работу среди 3D населения интернета. Эта статья как раз и является переводом одного из таких образовательных трудов.

Например, подкрутив ползунок Remove Shadow можно осветлить тёмные участки, не прибегая к Photoshop. Сейчас практически на любом портале для 3D-художников доступны готовые наборы PBR-текстур для разных задач. Но что, если проект хочется дополнить уникальными материалами на основе собственных фотографий? Это не так сложно сделать, как кажется, но нужно соблюдать несколько правил. В современные движки и системы рендеринга уже заложен фреймворк для взаимодействия света с материалом, основанный на принципе сохранения энергии.

В чем разница этих решений?

Если инвертировать нормали Ambient Occlusion, то получится текстура Thickness. Position Map — эта текстура содержит несколько градиентов, которые проходят вдоль одной из осей модели. Она используется для создания различных эффектов вроде того же загрязнения.

И PBR-текстуры помогают сохранить эти свойства в  3D независимо от условий освещения, что усиливает эффект реализма. Этот термин был популяризован в книге — Physically Based Rendering. From Theory to Implementation (англ. Физически обоснованный (корректный) рендеринг. Только красные волны отражаются обратно, в то время как другие поглощаются, как показано на рис.

Каковы преимущества PBR?

Шероховатости поверхности на микроскопическом уровне рассеивают свет. Например, расплывчатое отражение из-за размытых лучей света. Лучи не отражаются параллельно, и мы получаем зеркальное размытое отражение, показанное на рис. На самом деле, ее могут называть по-разному, например гладкость, глянцевость либо микроповерхность, в зависимости от контекста, но все они описывают один и тот же аспект поверхности, суб-тексел геометрической детали. Световой луч проходит из одной среды в другую, и рассеивается несколько раз внутри объекта. Затем он отражается от объекта в первичную среду примерно в туже точку, через которую прошел в первый раз, как показано на рис.

Этот параметр указывает, насколько гладкой или шероховатой является поверхность вашего материала. Это определяющий параметр при достижения достоверности любого материала, лучше всего брать его из готовых источников (например, в Substance Painter есть заготовки металлов). На сайте Materialize можно скачать шейдеры для Unreal Engine и создать материал по их образцу в движке. Теперь можно выбрать расширение файла, в котором будут экспортированы итоговые текстуры (в данном случае — PNG), и нажать кнопку Save Project.

• Это значит, что разработчикам не нужно идти на разные хитрости, чтобы предметы выглядели правдоподобно.
• В опциях в нижней левой части экрана можно указать примитив, на котором будет визуализирован материал.
• Так же имеется светлое отражение того же цвета что и источник, потому что у материалов на подобии яблочной кожуры, которая не является электрическим проводником, зеркальное отражение практически не зависит от волн.
• Поэтому говорить, что одна рендер система физически корректна, а другая нет — более чем глупо, просто они различаются по алгоритмам и задачам, которые ставили перед собой разработчики софта.

Если вы снимаете на смартфон, подберите в настройках камеры самый оптимальный режим, приближённый к этому фокусу. PBR-текстуры заочно подразумевают высокое разрешение, поэтому не забудьте выставить его в настройках. Подчеркнуть природу диэлектриков и проводников также поможет эффект Френеля. Чтобы узнать величину искажения, в 3D используют индекс преломления, он же IOR (от англ. Index of Refraction). В 3D его не запекают в текстуру, а настраивают непосредственно в самом игровом движке или в системе рендеринга, вводя в настройках шейдеров значение из таблицы. Также IOR используют для расчёта отражений или нулевого значения Френеля, о котором чуть ниже.

Мы изучили видео с YouTube-канала Brackeys о принципах, на которых строится физически-корректный рендеринг (Physically Based Rendering). В игровой графике любой объект перед попаданием в финальное изображение должен пройти через процедуру рендеринга. Подробно о материалах V-Ray
…очень подробно расписаны основные материалы V-Ray (где и как их лучше использовать, по какому принципу они работают)… Наука создания фотореалистичного 3D
…серия статей о том, как поднять уровень ваших 3D-работ до фотореалистичных высот и избежать ошибок всех начинающих тридешников… После всех тестов, я отдаю свое предпочтение схеме — Metalness workflow + IOR map, так как она наиболее близка к физически корректном решению. В простых, однородных, материалах эти нюансы будут менее всего заметны.

Metalness workflow

Как только Reflectivity падает ниже 60%, тут же должен подключаться цвет Albedo, потому что материалов, которые просто поглощают столько света и ничего не отдают назад, не существует. Металлы не пропускают свет, а отражают его, частично или полностью, в результате чего получается цветной блик. Диэлектрики тоже отражают свет, но в гораздо меньшем количестве, чем металлы. Если материал предполагает тайлинг, левую связку параметров заменяем нодами TexCoordinate и UVTiling (в последнем можно указать, сколько раз текущее изображение нужно размножить). Оба этих элемента подключим к объединяющему ноду Multiply и свяжем со всеми UV-слотами текстур.

А вот шейдинг, достаточно многогранная и интересная тема, особенно в контексте PBR. Слева на рисунке выше мы видим гладкую поверхность шарика и это делает отражение сфокусированным в маленькое пятнышко, поэтому отражение выглядит ярче и более интенсивным. А вот справа —  шероховатый шарик, блик у которого крупнее, приглушённей. А под шариками схематично нарисовано как отражается свет в обоих случаях. В случае шероховатой поверхности есть даже лучи, которые уходят внутрь материала, а это значит, что отражения теряет свою яркость.

Если металл создаётся на основе набора карт Diffuse/Specular/Glossiness, то в этом случае Diffuse map будет чёрного цвета, а участки отражения отмечаются характерным цветом в карте Specular. Цветные металлы поглощают свет на разных частотах видимого излучения. В результате отражённый свет формирует итоговый оттенок металла. Например, золото поглощает синий цвет, поэтому мы видим его жёлтым. Вот почему при создании PBR-текстур металлов используют не цветные изображения в карте Diffuse, а шейдер Base Color.

Коралина (Coraline) удивительный процесс создания
…все персонажи и окружение было напечатано на 3D-принтере… Каково работать на украинский Pixar
…работа в большой анимационной студии это всегда приключение и я в него окунулся с головой… Создание синематика Wrath of the Lich King
…Blizzard всегда поражала своими роликами. Создание удивительного ролика World Builder
…обалденная короткометражка о построении целого города мечты сделана одним человеком…

Как художникам по текстуре, нам интересна Лучевая модель света, так как она показывает взаимодействие света и материала. Для нас важно понимать, как лучи взаимодействуют с поверхностью материала потому, что наша задача создать текстуру, корректно отображающую поверхность. Материалы и текстуры, которые мы создаем, взаимодействуют со светом в нашем виртуальном мире, и чем больше мы знаем о поведении света, тем лучше будут выглядеть наши текстуры. Инструменты Substance для создания PBR карт, входящие в состав программ SubstanceDesigner, SubstancePainter и Bitmap2Material 3, поддерживают оба эти подхода.

Цвет поверхности (иначе говоря, цвет который мы видим) существует благодаря волнам, которые излучаются источником света, они частично поглощаются объектом, а частично отражаются зеркально и рассеяно. Шероховатость поверхности прописана либо в картах глянцевости, либо в картах неровностей, в зависимости от того, что Вам нужно. Физически корректный BRDFоснован на теории микрограней, в которой говорится, что поверхность состоит из по-разному повернутых маленьких плоских поверхностей, которые называют микрограни. Каждая из этих маленьких поверхностей отражает свет в одном направлении соответственно её нормали, как показано на рис.

Полезные ссылки с ресурсами о PBR

Отражающая же способность диэлектриков равна количеству света, которое отражает материал при освещении под прямым углом. У диэлектриков есть диффузное отражение, то есть лучи света проходят внутрь материала, рассеиваются, и после этого часть света поглощается, а часть выходит наружу. В июне на нашем YouTube-канале прошёл стрим с Антоном Агеевым, который уже больше семи лет занимается текстурами в игровой индустрии и успел поработать с Nival, Playrix и Game Insight. Антон рассказал, что такое PBR, разобрал параметры материалов, основные пайплайны работы и дополнительные текстуры.