Fiziksel olarak, yüzeylerin fiziksel davranışını basitleştirerek, PBR, geniş bir aydınlatma ortamının temel prensiplerini inceleyeceğiz. Bu yaklaşım, sanatçıların bu temel teknolojiyi ve teknolojiyi nasıl oluşturabilmesi için bir endüstri standardının ötesine geçti.Bu kapsamlı keşifte, PBR'nin temel prensiplerini inceleyeceğiz, bileşenleri, daha önce yapılan çalışma yöntemlerinin, özel uygulamalarının nasıl farklılaştığını, gelecekteki bu desteğin ve teknolojiyi desteklemesine ve bu temel teknolojileri nasıl desteklediğini inceleyeceğiz.
Fiziksel olarak Temelli Maske Nedir?
Fiziksel olarak, (PBR), her bir piksel rengini belirlemek için matematiksel temel ilkeleri kullanan bir gölgeleme modelidir. Sanatçı tarafından desteklenen modeller aksine, farklı aydınlatma altında genellikle tutarsız sonuçlar üretir, PBR iki temel ilkeye bağlanır: enerji koruma ve mikroyüze teori.
Enerji koruma, bir yüzeyin küçük, rastgele odaklı ve spekülatif yansımaların toplamı, bu yüzlerin istatistiksel dağılımıyla hesaplandığında, Fresnel gibi yaygın etkileri ortaya koyar. Microfacet teorisi modelleri küçük, rastgele odaklı yüzler bir araya getirir.
Bu fiziksel kısıtlamalar, bir PBR materyalinin herhangi bir aydınlatma koşulu altında tahmin edilebilir olduğu anlamına gelir. Örneğin, kaba ahşap masa ışık geniş bir şekilde yayılacaktır ve matte görünecek, ancak parlatılmış metal alan keskin spular, görüntüleyicinin pozisyonuyla geçişin önemli olduğunu gösterir.Bu tahmin edilebilirlik hem film hem de oyun boru hatları için, birçok farklı sahnede veya dinamik aydınlatma altında doğru görünmeli.
PBR'nin Arkasındaki Fizik
Anada, PBR, Biyöntme Dağıtım Fonksiyonu (BRDF) bir yüzeyin en yaygın kullanılan BRDF'yi modern PBR'de kullanılan, modern GPU'lar için bileşenleri içeren (Lambertian reflektif) ve spektral yansıma (mikrofacet dağıtım, geometriye uygun olmayan ölçümler) ve Fresnel faktör) bu tür dinamik sistemlere cevap veren malzemeler kullanılarak, modern dinamik olarak optimize edilmiş durumdadır.
Bir PBR Material
Tipik bir PBR materyali, belirli bir fiziksel mülki anlamak, her bileşeni PBR'den en iyi şekilde yararlanmak isteyen sanatçılar ve teknik yönetmenler için gereklidir.
Albedo (Base Color)
Elbedo haritası, bir yüzeyin diyalektik rengini tanımlar - herhangi bir aydınlatma bilgisi olmadan temel renkler, geleneksel olarak tasvir edilenden farklı olarak, diferansiyel dokular genellikle ince gölge veya sahte gölgeler içerde bulunan, bir PBR albedo haritası, yansıma rengi olarak temsil etmelidir; altın veya bakır gibi saf metaller genellikle gri veya gümüştir.
Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal Metal
Metalik harita, belirli bir texel'in bir iletken (metal) veya dielektrik (metal dışı) bir dielektrik (daha büyük bir BRDF’ye sahip olduğu için kritiktir: neredeyse tüm ışıkları spekülatif olmayan metaller gibi yansıtmaz.
Kabalık
Kabalık (veya bazı boru hatlarında parlaklık) mikroyüzey normal dağılımı kontrol eder. 0 (smooth) keskin, ayna benzeri yansımalar üretirken, 1 (ya da) bir değeri birçok yönden azalırken, Fresnel etkisi ile etkileşim kurar. -smooth yüzeyler çok etkileyici hale gelir, kaba yüzeyler daha tutarlı bir yoğunluk tutarken.
Normal Haritalar Normal Haritalar
Normal haritalar, yüksek çözünürlük veya procedural algoritmaların normal yönüne göre ayrıntılı olarak kodlanabilir. PBR'de, normal haritalar, sabit aydınlatma veya çizilen kanalların gibi güzel dokular eklemek için gereklidir. Genellikle yüksek-poligon heykelleri veya procedural algoritmaların kalitesinden bağımsız olarak üretilirler.
Ambient Occlusion (AO)
Ambient occlusion haritaları, önceden belirlenmiş iletişim gölgeleri ve boşluk detaylarına depolar.PBR'nin fonksiyonu için kesinlikle gerekli olmasa da, AO özellikle de tekrarlanan bölgelere ve köşelere hitap edecek şekilde, AO genellikle son gölgelere pişirilir; oyunlarda, yerel bir kontrastı geliştirmek için son renktedir.
Displacement / Boy Maps
Gerçekliğin en yüksek seviyesi için, yerinden edilme veya yükseklik haritaları aslında uygulama sırasında örgün geometrisini değiştirebilir (tessellasyon) Bu, film iş akışlarında yaygındır, ancak gerçek zamanlı uygulamalar için pahalı kalır.
Emissive Maps
Bir emissive harita, ışık yayan alanları tanımlar, örneğin neon işaretleri, ışıklandırma panelleri veya yangın. PBR'de, eşdeğer yüzeyler ayrı olarak tedavi edilir ve küresel aydınlatmayı desteklerse yakındaki nesneleri aydınlatabilir. Emissive values genellikle 1'e kadar dönüştürülebilir, doğal olarak çiçek açan yüksek seviyeli çıktılara izin verilir.
PBR Differs from Traditional Rendering
PBR yaygın hale gelmeden önce, sanatçılar Phong, Blinn-Phong gibi modeller kullandı ve Lambert. Bu modeller bir ışık kaynağı altında tamamen farklı görünebilir, ancak örneğin, Phong gölgeleyicisi gerekli olan ayrı speküller renk ve exponent değerleri için, bu da fiziksel malzemelere bağlı değildi. Sonuç olarak, bir ışık kaynağı altında büyük görünen bir malzeme başka bir ışık altında tamamen farklı görünebilir, sanatçılar her yeni sahne için yeniden dekore etmeye zorlayabilirler.
PBR bu inkonsistency'i gerçek fiziksel özelliklere yönelik materyal görünümü ile ortadan kaldırır. PBR'de modellemek, parlak bir çöl ortası veya bir dimly litrelik yeraltı tamponları ile yerleştirilen demir nesne modeli gibi görünür.Bu tutarlılık, üretimde zaman azaltır.
Decoupling Aydınlatma ve Malzeme
PBR'nin en önemli avantajlarından biri, materyalin aydınlatmanın materyal tanımından silinmesidir. Geleneksel modellerde sanatçılar genellikle sahte vurgular ve gölgeler doğrudan dokulara boyayabilir veya farklı aydınlatmalar ile tekrarlanabilirler.PBR ile, malzeme tüm özelliklerini tanımlar ve aydınlatma ortamı bu özelliklerin nasıl daha modüler ve yeniden kullanılabilir bir varlık boru hattına izin verir. Örneğin, bir araç materyali farklı aydınlatma ayarları ile birçok sahneler boyunca yeniden kullanılabilir.
Film Prodüksiyonunda PBR
Film endüstrisinde PBR, Weta Digital, Industrial Light & Magic gibi animasyonlu modeller için ubiquitous hale geldi. Geleneksel film genellikle çekim başına ağır bir şekilde ayarlanmış, ancak binlerce çerçevede tutarlılığa ihtiyaç, Weta Digital, Industrial Light & Magic gibi büyük stüdyolar tarafından kabul edildi ve Pixar, PBR'yi boru hatlarına entegre etti.
Örneğin, “Avatar: Su Yolu”nda, sualtı aydınlatma ve yüzeylerin suyu ile ışık saçını doğru bir şekilde simüle etmek için PBR'ye ihtiyacı vardı, yaralanan derilerin translucency of soul Skins ve PBR boru hattı, sanatçılara fiziksel olarak tanımlamaları ve sonra gerçek küresel aydınlatmayı simüle eden, believable caustics ve subsurface saçılma oluşturmaları için güven verdi.
Film PBR boru hatları genellikle Pixar'ın RenderMan gibi yüksek performanslı çözümler kullanır (PxrSurfacer) ve Autodesk's Arnold (biriStandartSurface gölger ile) Bu gölgeler, gerçek dünya malzeme taramalarından elde edilen değerler ile tüm standart PBR haritaları artı, ince film müdahalesi ve açık kaplama katmanları ile entegre edilebilir.
Linear Workflow'un Önemi
Filmdeki PBR'nin diğer önemli yönü, doğrusal bir akıştır. Geleneksel olarak yapılanma genellikle kumar alanında yapılır ve fiziksel olarak karıştırılmış bir uzaya yol açar. PBR tüm dokular ve aydınlatmaların doğrusal olduğunu varsayar (gamma = 1.0). Sanatçılar sadece son bir çıkış aşamasında çalışır.Bu ışık yoğunluğu ve renk karıştırmasını sağlar.
Gerçek Zamanlı Oyun Motorlarında PBR
Oyunlar için gerçek zamanlı uygulama, performans kısıtlamaları nedeniyle PBR'yi benimsemek için başlangıçta daha yavaştı. ancak, güçlü GPU'ların ve verimli gölge modellerinin yükselmesiyle, PBR şimdi True Engine 5, Unity 6 ve Ağ Mühendisliği gibi motorlarda standarttır.
Örneğin, gerçek motorun uygulamaları, temel renk, metalik, kabalık ve opsiyonel normal haritalar ile standart bir PBR materyali modelini kullanır. motor ön kabul ve spular irradiance gibi oyunlarda görülen, onları konvolution mipmaps., bu dokular, sertliğe dayanan, fiziksel olarak hassas bir şekilde aydınlatmaya dayalı olarak, fiziksel olarak hassas şekillerdeki şekillerdeki boşlukları sağlar.
Gerçek Zamanlı Optimizasyonlar
Gerçek zamanlı PBR performansla kalite dengelemek zorundadır. Bir anahtar optimizasyon, spekülatif olmayan yüzeylerde kıvılcımı azaltmak için kullanılır. Başkası PBR haritaları için doku sıkıştırması kullanımıdır; normal haritalar BC5 ile sık sık sıkılırken, BC7, albedo ve diğer kanallar için de kullanılır.
Gerçek-Dünya Örnekleri
Oyunlarda PBR'nin bir standout örneği, “Kızıl Ölü Redemption 2”, Dexter Games tarafından. oyun, tüm yüzeyler için PBR'yi kullanan özel bir motor kullanıyor - havali bir at çubuğunun üstten bir yana, “PBR malzemeleri, açık dünyanın oyuncunun parlak gün ışığı, derin gölge ya da ıslak olduğu bir yağmur fırtınası sırasında (solucu ve artan yansımaları yansıttığı) benzer şekilde, “The Last of Us Part II”, PBR'yi duygusal olarak yeniden şekillendirdiği ortamlar yaratmak için kullandı.
PBR için Sanat ve Teknik Boru
Yüksek kaliteli PBR varlıklar oluşturmak, normal haritalar ve ortam tıkanıklıkları oluşturmak için yapılandırılan yapısal bir boru hattı gerektirir. Süreç genellikle doku resmi için kullanılacak yüksek-poligon heykeliyle başlar.Bu detaylar daha sonra normal haritalar ve ortam tıkanma haritaları oluşturmak için düşük-poligon bir ağ üzerinde pişirilir.
Metinleme için, Substance Painter veya Adobe 3D Örnekr gibi uygulamalar, sanatçılara doğrudan doğruya, beton veya altın gibi ölçülmesine izin verir ve ardından yerel olarak tahrip edici olmayan sistemler kullanılarak, elbedo, kabalık, metallik ve normal haritalar aynı anda uygulanabilir.
Daha büyük stüdyolarda, varlıklar PBR haritalarının proje standartlarını doğruladığı bir süreç üzerinden geçiyor. Örneğin, albedo haritaları yasadışı değerler için kontrol edilir (çok karanlık veya çok parlak), metal haritaları ikilidir ve normal haritalar doğru tanjan-uzeyn-uzayda yönelim için doğrulanır.Bu kalite kontrolü, bu malların aydınlatma koşulları altında doğru şekilde hareket etmesini sağlar, aydınlatma veya sinemacılık sırasında pahalı yeniden çalışmalardan kaçınır.
From Scan to Shader
Daha fazla, film ve yüksek uç oyunlar, tarama malzemelerinin doğru PBR dokularını yakalamak için fotoğrafgrammetri veya LiDAR taramalarını kullanıyor. ham veriler, farklı varlıklarla veya normal bilgileri genişletmek için işlenmiştir.Bu teknik, “Star Wars: The Force Awakens” olarak kullanılan ekran görüntüleri ve uzay gemileri oluşturmak için yaygın olarak kullanılmıştır.
PBR'nin Faydaları ve Zorlukları
Avantajları Avantajları Avantajları Avantajları
- [FONT:0] Aydınlatmada Konsistlik: Bir PBR varlığı herhangi bir aydınlatma altında görsel olarak doğru kalır, yeniden işlenir.
- [FONT:0)Redük sanatsal tahmin çalışması: [Döntgen:[Dönetici:0) Sanatçılar fiziksel ölçümlerdeki materyal parametrelerini temelle dayandırır, keyfi kaydırıcılar değil.
- [FONT:0)Reusability:[Dönetici: Substance malzemeler ve gölgeleyici tanımlar projeler ve platformlarda paylaşılabilir, zamandan tasarruf süresi.
- [FONT:0)Enhanced realism:) Viewers malzeme niteliklerini anında algılayabilir, artan immersion.
- [FONT:0)Modular boru hattı:[Dönetici:[Dönetici:0) PBR, sanat yaratımı ve aydınlatma arasında temiz bir ayrıma izin verir, uzmanlık sağlar.
Meydanlar
- [FONT:0)Learning eğrisi:[Dönetici 1] Geleneksel gölgeden geçiş, doğrusal renk alanı ve enerji koruma gibi yeni kavramları anlamalıdır.
- [FONT=0)Performance maliyeti:[Dönetici:[Dönetici:0) Gerçek zamanlı PBR piksel gölgeleri basit Phong modellerinden daha ağırdır, ancak modern GPU'lar onları iyi idare eder.
- [FONT=0)Texture memory:[[Dönetici PBR haritaları kullanarak (albedo, metalik, kabalık, normal, AO, vs.) hafıza kullanımını artırır.
- [FONT:0)Over-mühendislik:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 1) Bazı varlıklar tam PBR detayına ihtiyaç duymaz; daha basit malzemeler arka nesneler için yeterli olabilir.
- [FONT:0]Validation araçları: [Dönetici kontrolleri olmadan, malzemeler PBR prensiplerini ihlal edebilir, gerçekliği kırabilir.
Film ve Oyunlarda PBR'nin Geleceği
PBR donanım ve uygulama teknikleri ile gelişmeye devam ediyor. Önemli bir trend PBR materyallerini doğru yansımaları ve gölgeleri hesaplamak için gerçek zamanlı ışın özelliğidir.Filmde, ışın tracing her zaman yüksek kaliteli global aydınlatma için kullanılmış, ancak şimdi oyunlar donanıma sahip olabilir.
Başka bir sınır PBR materyali üretimi için makine öğreniminin kullanımıdır.Demokrat GauGAN ve Substance 3D'nin AI destekli özellikleri semantik haritalar veya hatta metin açıklamaları gibi basit girişlerden plausible PBR haritaları oluşturabilir. Bu, manuel işi azaltacaktır ve AAA kalitesini elde etmek için daha küçük stüdyolar sağlayacaktır.
Ayrıca, standartlaştırılmış bir PBR spesifikasyonunun benimsenmesi, “Khronos glTF 2.0 PBR modeli” gibi, çapraz platform varlık değişiminin kolaylaştırılmasını sağlar. glTF, herhangi bir motorda verimli bir şekilde çalışan basitleştirilmiş metal-roughness PBR kurulumu kullanır. Gerçek zamanlı grafikler, film tarzı VFX ile giderek daha fazla birleşirken, bu standartlaşma sorunsuz bir entegrasyon için kritik hale gelecektir.
Bir sonraki oyun konsolları (PS6, sonraki Xbox) ve PC GPUs, dinamik tesselasyon, sanal metincilik ve daha yüksek çerçeve oranlarında gerçek zamanlı küresel aydınlatma ile fiziksel olarak desteklenecek. Mobile cihazlar da Vulkan API'yi kullanıyor ve daha düşük derinlemesine dokular kullanıyor.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Fiziksel olarak, izleyicileri kucaklayan ve yataklı materyalin temel bileşenlerinden, metalik, kabalık ve normal haritalardan, bu dokuları üreten ve doğrulayan sofistike boru hatlarına dönüştükten sonra PBR, dijital içeriğin nasıl yaratıldığına dair bir paradigma değişikliği sunuyor.