Alt hvad du behøver at vide om fysisk baseret rendering.

For teksturgrafikere er det vigtigt at forstå hvordan lyset interagerer med overfladematerialer, fordi jobbet er at skabe teksturer, der beskriver denne overflade. Teksturerne og materialerne, du redigerer, interagerer med lys i virtuelle verdener. Jo mere du forstår af, hvordan lyset opfører sig, jo bedre ser dine teksturer ud. 

Fysisk baseret rendering (PBR), der også er kendt som fysisk baseret skyggelægning (PBS), er en metode til skyggelægning og rendering, der giver en mere præcis gengivelse af, hvordan lys interagerer med materialeegenskaber. Afhængigt af hvilket aspekt af 3D-modelleringsforløbet, der behandles, er PBS normalt specifik i forhold til skyggelægningskoncepter, mens PBR henviser til rendering og belysning. Begge begreber beskriver processen med at illustrere elementer fra et fysisk præcist standpunkt.

Uanset om du arbejder med et renderingssystem i sand tid i computergrafikker eller 3D-filmproduktion, vil det forbedre din arbejdsgang, hvis du benytter en fysisk baseret renderingsmetode til skyggelægning. 

• Elementer med et realistisk udseende PBR fjerner gætterierne ved redigering af overfladeegenskaber som eksempelvis transparens, idet dens metode og algoritmer er baseret på fysisk nøjagtige formler og minder om materialer fra den virkelige verden.
• Sammenhængende miljøer Uanset hvilke belysningssystemer der anvendes, vil andre elementer altid fungere i et PBR-miljø.
• Bæredygtig arbejdsgang PBR er en arbejdsgang, der i vidt omfang anvendes til at skabe ensartet illustrationsmateriale, selv blandt forskellige kunstnere. "Den reducerer produktionstiden" siger Wes McDermott, creative producer hos Adobe, så "du kan fokusere mere på kreativiteten i dit arbejde, i modsætning til den tekniske kunnen i dit arbejde". 

Når en kunstner arbejder i en PBR arbejdsgang, skal vedkommende være opmærksom på den grundlæggende refleksionsevne, eller minimumsmængden af farve og lys, der reflekteres.

"Spejlrefleksion" henviser til lys, der er blevet reflekteret væk fra overfladen. Lysstrålen reflekteres væk fra overfladen, og spredes i en anden retning. Den følger refleksionens love, der siger, at på en perfekt plan overflade er refleksionsvinklen lig med vinklen på det indfaldende lys.

Men de fleste overflader er uregelmæssige, og den reflekterede retning vil variere baseret på overfladens ruhed. Dette ændrer lysretningen, men lysintensiteten forbliver konstant.

Ru overflader vil have højlys, der er større og virker mere afblændede. Bløde overflader vil holde spejlrefleksioner fokuserede, og de vil se lysere eller mere intense ud, når de ses fra den rigtige vinkel.

Begreberne diffusion, diffust lys eller spredning under overfladen beskriver alle effekten af lys, der er blevet absorberet eller spredt internt. Når lys spredes, ændres stråleretningen vilkårligt og mængden af afvigelse afhænger af materialets overfladeruhed, da ru overflader spreder lys. Spredning randomiserer lysets retning, men ændrer ikke dets intensitet. Til tider kan det spredte lys atter komme til syne på overflade, og blive synligt igen.

Materialer, der både har spredning og lav absorption, beskrives nogle gange som deltagende medier eller gennemskinnelige materialer. Eksempler herpå er røg, mælk, hud, jade og marmor.

Når lys passerer gennem gennemskinneligt materiale, kan det blive absorberet eller spredt. Når lys absorberes, falder lysintensiteten, da det forandres til en anden form for energi, som f.eks. varme. Disse farveændringer afhænger af bølgelængden, men strålernes retning ændres ikke.

Hvis der ikke forekommer spredning, og absorptionen er lav, kan strålerne passere direkte gennem overfladen, hvilket er tilfældet for glas. Forestil dig at svømme i en ren pool. Du kan åbne øjnene og se gennem det klare vand. Men hvis den samme pool, var temmelig beskidt, ville smudspartiklerne sprede lyset og sænke vandets gennemsigtighed, og hvor langt du vil kunne se.

Jo længere lyset bevæger sig i et sådant materiale, jo mere absorberes og/eller spredes det. Derfor spiller motivets tykkelse en afgørende rolle med hensyn til, hvor meget lyset absorberes eller spredes.

Fresnel-effekten, som blev observeret af den franske fysiker Augustin-Jean Fresnel og anført af grafikprofessoren Wenzel Jakob, går ud på at mængden af lys, der reflekteres fra en overflade, afhænger af den synsvinkel, hvor den opleves fra.

Endnu en gang forestil dig en pool med vand. Hvis du kiggede lige ned, i lodret linje til overfladen, kunne du se direkte ned på bunden. At se overfladen på denne måde ville være ved nul grader eller normal incidens, hvor normal er overfladenormalen. Hvis du betragtede poolen med vand ved en indfaldsvinkel, der er mere parallel med overfladen, vil du se spejlrefleksionerne på vandoverfladen blive mere intense, og du kan måske slet ikke se under overfladen.

Når du fortsætter dit arbejde med teksturer, vil du ønske at udvide din viden om disse vigtige 3D-belysningskoncepter. De vil udvide din forståelse for, hvordan PBR virker fra et teknisk perspektiv og hjælpe dig med også at forstå det fra et kunstnerisk perspektiv. "Den tager nogle af de tunge løft for dig" tilføjer McDermott, der ofte gør brug af PBR-metodik. "Jeg kan bruge mere tid på at være kreativ og skabe ting, der ser fantastiske ud."

For yderligere oplysninger om PBR skal du kaste et blik på The PBR Guide skrevet af Wes McDermott og udgivet af Allegorithmic.