Tot ce trebuie să știți despre randarea bazată pe fizică.

Pentru artiștii de texturi, înțelegerea modului în care razele de lumină interacționează cu materia de suprafață este importantă, deoarece obiectivul este de a crea texturi care descriu o suprafață. Texturile și materialele pe care le creați interacționează cu lumina în lumile virtuale. Cu cât înțelegeți mai bine comportamentul luminii, cu atât vor arăta mai bine texturile 

Randarea bazată pe fizică (PBR), uneori cunoscută sub numele de umbrire bazată pe fizică (PBS), este o metodă de umbrire și randare care oferă o reprezentare mai precisă a modului în care lumina interacționează cu proprietățile materialelor. În funcție de ce aspect al fluxului de lucru de modelare 3D este discutat, PBS este de obicei specific conceptelor de umbrire, în timp ce PBR se referă la randare și iluminare. Ambii termeni descriu procesul de reprezentare a materialelor din punct de vedere fizic corect.

Fie că lucrați cu un sistem de randare în timp real în grafica pe computer sau în producția de filme 3D, utilizarea unei metode de randare bazate pe fizică pentru umbrire vă va îmbunătăți fluxul de lucru. 

• Materiale cu aspect realist. PBR elimină presupunerile din crearea de atribute ale suprafețelor, cum ar fi transparența, deoarece metodologia și algoritmii săi se bazează pe formule corecte fizic, iar rezultatul este similar materialelor din lumea reală.
• Medii coezive. Indiferent de sistemele de iluminare utilizate, alte materiale vor funcționa întotdeauna într-un mediu PBR.
• Flux de lucru durabil. PBR este un flux de lucru adoptat pe scară largă pentru a crea opere de artă consecvente chiar și între artiști diferiți. „Reduce timpul de producție”, spune Wes McDermott, producător creativ la Adobe, astfel încât „vă puteți concentra mai mult pe creativitatea lucrului făcut, nu pe știința lui.” 

Când lucrează într-un flux de lucru PBR, un artist trebuie să noteze gradul de reflexie de bază sau cantitatea minimă de culoare și lumină reflectată.

„Reflexia speculară” se referă la lumina care a fost reflectată de pe suprafață. Raza de lumină este reflectată de pe suprafață și se deplasează într-o direcție diferită. Urmează legea reflexiei, care afirmă că, pe o suprafață perfect plană, unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență.

Cu toate acestea, majoritatea suprafețelor sunt neregulate, iar direcția reflectată va varia în funcție de rugozitatea suprafeței. Aceasta schimbă direcția luminii, dar intensitatea luminii rămâne constantă.

Suprafețele mai aspre vor avea accente mai mari și vor părea mai întunecate. Suprafețele mai netede vor menține reflexiile speculare concentrate și vor părea mai luminoase sau mai intense atunci când sunt privite din unghiul adecvat.

Termenii difuzie, lumină difuză și dispersie a razelor de lumină sub suprafețe descriu efectul luminii care a fost absorbită sau dispersată intern. Când lumina este dispersată, direcția razelor se schimbă aleatoriu, iar volumul abaterii depinde de rugozitatea suprafeței materialului, deoarece suprafețele aspre împrăștie lumina. Dispersia randomizează direcția luminii, dar nu îi schimbă intensitatea. Uneori, lumina dispersată poate reapărea la suprafață, făcându-se din nou vizibilă.

Materialele cu dispersie ridicată și absorbție redusă sunt uneori denumite medii participante sau materiale translucide. Exemple de astfel de materiale sunt fumul, laptele, pielea, jadul și marmura.

Când trece prin materiale translucide, lumina poate fi absorbită sau dispersată. Când lumina este absorbită, intensitatea luminii scade pe măsură ce se transformă într-o altă formă de energie, cum ar fi căldura. Aceste schimbări de culoare depind de lungimea de undă, dar direcția razei nu se va schimba.

Dacă nu există dispersie și absorbția este redusă, razele pot trece direct prin suprafață, ceea ce este adevărat pentru sticlă. Imaginați-vă că înotați într-o piscină curată. Puteți deschide ochii și vedea prin apa limpede. Cu toate acestea, dacă același bazin ar fi destul de murdar, particulele de murdărie ar împrăștia lumina, scăzând claritatea apei și distanța la care puteți vedea.

Cu cât lumina se deplasează mai departe într-un astfel de material, cu atât mai mult este absorbită și/sau dispersată. De aceea, grosimea obiectului joacă un rol cheie în cantitatea de lumină absorbită sau dispersată.

Efectul Fresnel, așa cum a fost observat de fizicianul francez Augustin-Jean Fresnel și citat de profesorul de grafică Wenzel Jakob, afirmă că volumul de lumină reflectat de o suprafață depinde de unghiul de vizualizare la care este percepută.

Din nou, imaginați-vă un bazin de apă. Dacă vă uitați drept în jos, perpendicular pe suprafață, puteți vedea până la baza acestuia. Vizualizarea suprafeței în acest mod se face de la zero grade sau la incidență normală, „normal” referindu-se la suprafața normală. Dacă vă uitați la bazinul de apă la o incidență razantă, mai mult paralelă cu suprafața, puteți vedea cum reflexiile speculare de pe suprafața apei devin mai intense și este posibil să nu puteți vedea deloc sub suprafață.

Pe măsură ce continuați să lucrați cu texturi, veți dori să vă extindeți cunoștințele despre aceste concepte cheie de iluminare 3D. Acestea vă vor aprofunda înțelegerea modului în care funcționează PBR dintr-o perspectivă tehnică și vă vor ajuta să o apreciați și din perspectivă artistică. „Rezolvă o mulțime de dificultăți”, adaugă McDermott, care apelează frecvent la metodologia PBR. „Pot petrece mai mult timp fiind creativ și construind lucruri care să arate grozav.”

Pentru mai multe informații despre PBR, aruncați o privire la Ghidul PBR, scris de Wes McDermott și publicat de Allegorithmic.