Физический рендеринг ( PBR ) - это подход к компьютерной графике, который стремится визуализировать изображения таким образом, чтобы моделировать поток света в реальном мире. Многие конвейеры PBR стремятся к фотореализму . Осуществимые и быстрые аппроксимации по двунаправленной функции распределения отражения и уравнение рендеринга имеют математическую точку зрения в этой области. Фотограмметрия может использоваться для обнаружения и кодирования точных оптических свойств материалов. Шейдеры могут использоваться для реализации принципов PBR.
История [ править ]
Начиная с 1980-х годов, ряд исследователей рендеринга работали над созданием прочной теоретической основы для рендеринга, включая физическую корректность. Большая часть этой работы была сделана в Программе компьютерной графики Корнельского университета ; в статье 1997 года из этой лаборатории [1] описывается работа, проделанная в Корнелле в этой области к тому моменту.
Фраза «Физический рендеринг» была более широко популяризирована Мэттом Фарром , Грегом Хамфрисом и Пэтом Ханраханом в их одноименной книге 2014 года, основополагающей работе в области современной компьютерной графики, которая принесла своим авторам премию Оскар за технические достижения за специальные эффекты . [2]
Процесс [ править ]
PBR, как выразился Джо Уилсон, «больше концепция, чем строгий набор правил» [3], но эта концепция содержит несколько отличительных моментов. Одна из них заключается в том, что - в отличие от многих предыдущих моделей, которые стремились различать поверхности между неотражающими и отражающими - PBR признает, что в реальном мире, как выразился Джон Хейбл, «все блестит». [4] Даже «плоские» или «матовые» поверхности в реальном мире, такие как бетон, будут отражать небольшую степень света, а многие металлы и жидкости будут отражать большую его часть. Еще одна вещь, которую пытаются сделать модели PBR, - это интегрировать фотограмметрию.- измерения по фотографиям реальных материалов - для изучения и воспроизведения реальных физических диапазонов значений для точного моделирования альбедо , блеска , отражательной способности и других физических свойств. Наконец, PBR уделяет большое внимание микрограням и часто содержит дополнительные текстуры и математические модели, предназначенные для моделирования мелкомасштабных зеркальных бликов и пустот, возникающих в результате гладкости или шероховатости, в дополнение к традиционным картам зеркального отражения или отражательной способности.
Поверхности [ править ]
Темы PBR, которые имеют дело с поверхностями, часто полагаются на упрощенную модель двунаправленной функции распределения отражательной способности ( BRDF ), которая хорошо аппроксимирует оптические свойства материала, используя только несколько интуитивно понятных параметров, и которую можно быстро вычислить. Распространенными методами являются приближения и упрощенные модели, которые пытаются подогнать приближенные модели к более точным данным из других, более трудоемких методов или лабораторных измерений (например, из гониорефлектометра ).
Как описано исследователем Джеффом Расселом из Marmoset, конвейер рендеринга, ориентированный на физическую поверхность, также может быть сосредоточен на следующих областях исследований: [5]
- Отражение
- Распространение
- Полупрозрачность и прозрачность
- Сохранение энергии
- Металличность
- Отражение Френеля
- Рассеяние на микроповерхности
Тома [ править ]
PBR также часто расширяется до объемного рендеринга с такими областями исследований, как:
- Связанные с объективом / Угол обзора / Эффекты глубины резкости
- Каустики
- Рассеяние света
- Участвующие СМИ
- Атмосферные визуальные свойства, такие как:
- День - ночной цикл
- Высота
- Угловое расстояние от Солнца или Луны или других орбитальных объектов
- Погода и состояние неба , включая облака , осадки и аэрозольные помехи, такие как туман или дымка .
Заявление [ править ]
Благодаря высокой производительности и низкой стоимости современного оборудования [6] стало возможным использовать PBR не только в промышленных, но и в развлекательных целях везде, где требуются фотореалистичные изображения, включая видеоигры и создание фильмов. [7] Настольное оборудование среднего и высокого уровня может быть способным и имеет рынок для простых в использовании бесплатных программ [ необходима цитата ], которые определяют и отображают контент в режиме реального времени, где приемлемы жертвы в визуальной точности: [8]
- 3ds Max
- майя
- Babylon.js
- Блендер
- Cinema 4D
- CryEngine
- Vue
- Годо (игровой движок)
- Гудини (SideFX)
- jME
- Микростанция
- Шейдеры Minecraft GLSL
- Носорог 3D
- Студия Роблокс
- Sketchfab
- Шаг
- Unigine
- Единство
- Unreal Engine 4
- Webots
Типичное приложение предоставляет интуитивно понятный графический пользовательский интерфейс, который позволяет художникам определять и накладывать материалы с произвольными свойствами и назначать их заданному 2D или 3D объекту для воссоздания внешнего вида любого синтетического или органического материала. Среды могут быть определены с помощью процедурных шейдеров или текстур, а также процедурной геометрии или сеток или облаков точек. [9] Если возможно, все изменения становятся видимыми в режиме реального времени, что позволяет быстро выполнять итерации. Сложные приложения позволяют опытным пользователям писать собственные шейдеры на языке шейдеров, таком как HLSL или GLSL., хотя все чаще редакторы материалов на основе узлов, которые обеспечивают рабочий процесс на основе графиков с встроенной поддержкой важных концепций, таких как положение источника света, уровни отражения и излучения и металличность, а также широкий спектр других математических и оптических функций заменяют рукописные шейдеры для всех приложений, кроме самых сложных.
Ссылки [ править ]
- ^ Гринберг, Дональд П. (1 августа 1999 г.). «Фреймворк для синтеза реалистичных изображений» (PDF) . Коммуникации ACM . 42 (8): 44–53. DOI : 10.1145 / 310930.310970 . Архивировано 24 сентября 2018 года (PDF) . Проверено 27 ноября 2017 года .
- ^ Фарр, Мэтт, Хамфрис, Грег, и Ханрахан, Пат. «Физически основанный рендеринг» . Проверено 14 ноября, 2016.
- ^ Уилсон, Джо. «Физический рендеринг - и вы тоже можете!» Проверено 12 января, 2017.
- ^ Хейбл, Джон. "Everything Is Shiny". Архивировано 5 декабря 2016 г. в Wayback Machine . Проверено 14 ноября, 2016.
- ^ Рассел, Джефф, "Теория PBR" . Проверено 20 августа, 2019.
- ^ Кам, Кен. «Как закон Мура отдает предпочтение Nvidia над Intel» . Forbes . Проверено 29 мая 2018 .
- ^ «Физически обоснованный рендеринг: от теории к реализации» . www.pbrt.org . Проверено 29 мая 2018 .
- ^ «Физически основанное затенение на мобильных устройствах» . Unreal Engine . Проверено 29 мая 2018 .
- ^ "Облака точек" . Справочный центр Sketchfab . Проверено 29 мая 2018 .
