Всичко, което трябва да знаете за физически базираното визуализиране.

За художниците на текстури разбирането как светлинните лъчи взаимодействат с повърхностната материя е важно, защото задачата е да се създадат текстури, които описват повърхност. Текстурите и материалите, които създавате, взаимодействат със светлината във виртуалните светове. Колкото повече разбирате как се държи светлината, толкова по-добре ще изглеждат вашите текстури. 

Физически базираното визуализиране (PBR), понякога известно като физически базирано засенчване (PBS), е метод на засенчване и визуализиране, който осигурява по-точно представяне на това как светлината взаимодейства със свойствата на материалите. В зависимост от това за кой аспект на работния процес за моделиране на 3D става дума, PBS обикновено е специфично за концепции за засенчване, докато PBR се отнася до визуализиране и осветление. И двете условия описват процеса на представяне на ресурси от физически точна гледна точка.

Независимо дали работите със система за визуализация в реално време за компютърна графика или създаване на 3D филми, използването на физически базиран метод за рендиране ще подобри работния ви процес. 

• Реалистични ресурси. PBR премахва догадките от създаването на качества на повърхности като прозрачност, тъй като неговата методология и алгоритми се основават на физически точни формули и наподобяват реални материали.
• Цялостна среда. Независимо от използваните системи за осветление, някои ресурси винаги ще стават за PBR среда.
• Устойчив работен процес. PBR е широко приет работен процес за създаване на последователни художествени произведения – дори между различни художници. „То намалява времето за създаване“, казва Wes McDermott, творчески продуцент в Adobe, така че „можете да се съсредоточите повече върху създаването на това, което правите, вместо върху свързаните с него научни закономерности.“

Когато използва PBR, художникът трябва да отбележи базовата отразяваща способност или минималното количество отразени цветове и светлина.

„Огледално отражение“ се нарича светлина, която е отразена от повърхността. Светлинният лъч се отразява от повърхността и отива в различна посока. Той следва закона на отразяването, който гласи, че на идеално равна повърхност, ъгълът на отразяване е равен на ъгъла на падане.

Повечето повърхности обаче са неправилни и посоката на отразяване ще варира в зависимост от неравността на повърхността. Това променя посоката на светлината, докато интензивността остава постоянна.

Неравните повърхности ще имат по-големи светли участъци и ще изглеждат по-замъглени. По-гладките повърхности ще поддържат фокусирани огледалните отражения и те ще изглеждат по-ярки или по-интензивни, когато се гледат от правилния ъгъл.

Термините дифузия, дифузна светлина или подповърхностно разсейване описват ефекта на светлината, която е била абсорбирана или разпръсната вътрешно. Когато светлината е разпръсната, посоката на лъча се променя произволно, като степента на отклонението зависи от неравността на повърхността на материала, тъй като неравните повърхности разпръскват светлината. Разпръскването прави посоката на светлината произволна, но не променя нейната интензивност. Понякога разсеяната светлина може да се появи отново на повърхността, като отново става видима.

Материали, които имат както силно разсейване, така и ниска абсорбция, понякога се наричат участваща среда или полупрозрачни материали. Примери за това са дим, мляко, кожа, нефрит и мрамор.

При преминаване през полупрозрачен материал светлината може да се абсорбира или разпръсне. Когато светлината се абсорбира, интензитетът на светлината намалява, тъй като се превръща в друга форма на енергия, като топлина. Тези промени в цвета зависят от дължината на вълната, но посоката на лъча не се променя.

Ако няма разсейване и абсорбцията е слаба, лъчите могат да преминат директно през повърхността, което важи за стъкло. Представете си плуване в чист басейн. Можете да отворите очите си и да гледате през чистата вода. Въпреки това, ако същият този басейн е мръсен, частиците мръсотия ще разпръснат светлината, ще понижат прозрачността на водата и това докъде може да виждате.

Колкото по-далеч прониква светлината в такъв материал, толкова повече се абсорбира и/или разпръсва. Ето защо дебелината на обекта играе ключова роля в това колко светлината се абсорбира или разпръсква.

Ефектът Френел, наблюдаван от френския физик Огюстен-Жан Френел и цитиран от преподавателя по компютърна графика Уензел Якоб, гласи, че количеството светлина, отразено от повърхността, зависи от ъгъла на гледане, при който се възприема.

Отново, представете си басейн с вода. Ако погледнете право надолу, перпендикулярно на повърхността, можете да видите чак до дъното. Гледането на повърхността по този начин е при нула градуса или нормален наклон – нормален за повърхността. Ако гледате басейн с водата косо, по-паралелен на повърхността, ще видите, че огледалните отражения върху водната повърхност стават по-интензивни и може да не сте в състояние да прозрете под повърхността.

Докато продължавате да работите с текстури, ще искате да разширите знанията си за тези ключови концепции за 3D осветление. Те ще задълбочат разбирането ви за това как работи PBR от техническа гледна точка и ще ви помогнат да го оцените и от художествена гледна точка. „То върши по-голяма част от трудната работа“, добавя McDermott, който често прибягва до PBR методи. „Така мога да отделям повече време на творческата страна и да правя неща, които изглеждат готини.“

За повече информация за PBR вижте PBR Guide (Ръководство за PBR), написано от Wes McDermott и публикувано от Allegorithmic.