ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับการเรนเดอร์ตามจริง

สำหรับศิลปินพื้นผิว การทำความเข้าใจว่ารังสีของแสงมีปฏิสัมพันธ์กับสสารพื้นผิวอย่างไรนั้นมีความสำคัญ เนื่องจากงานคือการสร้างพื้นผิวที่อธิบายพื้นผิว พื้นผิวและวัสดุที่คุณเขียนโต้ตอบกับแสงในโลกเสมือนจริง ยิ่งคุณเข้าใจว่าแสงมีพฤติกรรมอย่างไร พื้นผิวของคุณก็จะยิ่งดูดีขึ้นเท่านั้น 

การเรนเดอร์ตามจริง (PBR) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าการแรเงาตามจริง (PBS) เป็นวิธีการแรเงาและการเรนเดอร์ที่ให้การแสดงที่แม่นยำยิ่งขึ้นว่าแสงโต้ตอบกับคุณสมบัติของวัสดุอย่างไร ซึ่งจะขึ้นอยู่กับแง่มุมของเวิร์กโฟลว์การสร้างโมเดลจำลอง 3 มิติที่กำลังถูกกล่าวถึง โดยปกติแล้ว PBS มักจะใช้กับงานที่มีการใช้แรเงาในขณะที่ PBR หมายถึงการเรนเดอร์และแสง คำศัพท์ทั้งสองอธิบายกระบวนการแสดงแอสเซทจากมุมมองที่ถูกต้องทางกายภาพ

ไม่ว่าคุณจะทำงานกับระบบการเรนเดอร์แบบเรียลไทม์ในคอมพิวเตอร์กราฟิกหรือการผลิตภาพยนตร์ 3 มิติ การใช้วิธีการแรเงาตามจริงจะช่วยปรับปรุงเวิร์กโฟลว์ของคุณ

• แอสเซทที่ดูสมจริงPBR นำการคาดเดาออกจากการสร้างคุณลักษณะพื้นผิว เช่น ความโปร่งใส เนื่องจากวิธีการและอัลกอริธึมใช้สูตรที่มีความแม่นยำทางกายภาพและคล้ายกับวัสดุในโลกแห่งความเป็นจริง
• สภาพแวดล้อมที่หนาแน่นไม่ว่าจะใช้ระบบแสงอะไร แอสเซทอื่นๆ จะทำงานในสภาพแวดล้อม PBR เสมอ
• ขั้นตอนการทำงานที่ยั่งยืนPBR เป็นเวิร์กโฟลว์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการสร้างงานศิลปะที่สอดคล้องกันแม้แต่ระหว่างศิลปินที่แตกต่างกัน “ช่วยลดเวลาในการผลิตได้” Wes McDermott โปรดิวเซอร์ครีเอทีฟของ Adobe กล่าว ดังนั้น “คุณสามารถโฟกัสไปที่ความคิดสร้างสรรค์ของสิ่งที่คุณกำลังทำมากกว่าวิทยาศาสตร์ของสิ่งที่คุณกำลังทำอยู่ได้”

เมื่อทำงานในขั้นตอนการทำงาน PBR ศิลปินต้องสังเกตการสะท้อนแสงพื้นฐานหรือปริมาณสีและแสงที่สะท้อนขั้นต่ำ

“การสะท้อนแสงแบบพิเศษ” หมายถึง แสงที่สะท้อนออกจากพื้นผิว รังสีแสงสะท้อนออกจากพื้นผิวและเคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น ซึ่งเป็นไปตามกฎการสะท้อน ซึ่งระบุว่าบนพื้นผิวระนาบที่สมบูรณ์แบบ มุมสะท้อนจะเท่ากับมุมตกกระทบ

อย่างไรก็ตาม พื้นผิวส่วนใหญ่ไม่เรียบและทิศทางที่สะท้อนจะแตกต่างกันไปตามความขรุขระของพื้นผิว สิ่งนี้จะเปลี่ยนทิศทางของแสง แต่ความเข้มของแสงยังคงที่

พื้นผิวที่หยาบกร้านจะมีไฮไลท์ที่ใหญ่ขึ้นและดูมืดลง พื้นผิวที่เรียบกว่าจะคงการสะท้อนแสงแบบพิเศษไว้และจะดูสว่างขึ้นหรือเข้มขึ้นเมื่อมองจากมุมที่เหมาะสม

คำว่า การแพร่กระจาย แพร่กระจายแสง หรือการกระจัดกระจายใต้พื้นผิว ล้วนอธิบายผลกระทบของแสงที่ถูกดูดกลืนหรือกระจัดกระจายภายใน เมื่อแสงกระจัดกระจาย ทิศทางของรังสีจะเปลี่ยนแบบสุ่มและปริมาณการเบี่ยงเบนขึ้นอยู่กับความขรุขระของพื้นผิวของวัสดุเนื่องจากพื้นผิวขรุขระนั้นจะกระจายแสง การกระจัดกระจายสุ่มทิศทางของแสงแต่จะไม่เปลี่ยนความเข้มของแสง บางครั้งแสงที่กระจัดกระจายอาจปรากฏขึ้นอีกครั้งบนพื้นผิวทำให้มองเห็นได้อีกครั้ง

วัสดุที่มีทั้งการกระจัดกระจายสูงและการดูดซึมต่ำบางครั้งเรียกว่าสื่อร่วมหรือวัสดุโปร่งแสง ตัวอย่างเหล่านี้ได้แก่ ควัน นม ผิวหนัง หยกและหินอ่อน

เมื่อผ่านวัสดุโปร่งแสง แสงจะถูกดูดกลืนหรือกระจัดกระจาย เมื่อแสงถูกดูดกลืน ความเข้มของแสงจะลดลงเมื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่น ความร้อน การเปลี่ยนแปลงสีเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น แต่ทิศทางของรังสีจะไม่เปลี่ยนแปลง

ถ้าไม่มีการกระจัดกระจายและการดูดกลืนแสงต่ำ รังสีจะทะลุผ่านพื้นผิวได้โดยตรง ซึ่งเป็นความจริงของแก้ว ลองนึกภาพการว่ายน้ำในสระที่สะอาด คุณสามารถลืมตาและมองผ่านน้ำใสๆ ได้ อย่างไรก็ตาม หากสระเดียวกันนั้นค่อนข้างสกปรก อนุภาคฝุ่นก็จะกระจายแสงทำให้ความใสของน้ำและระยะการมองเห็นของคุณลดลง

ยิ่งแสงเดินทางในวัสดุดังกล่าวมากเท่าใด แสงก็จะยิ่งถูกดูดกลืนและ/หรือกระจัดกระจายมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือเหตุผลที่ความหนาของวัตถุมีบทบาทสำคัญในปริมาณแสงที่ถูกดูดกลืนหรือกระจัดกระจาย

เอฟเฟกต์ Fresnel ตามที่นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Augustin-Jean Fresnel สังเกตและอ้างโดยศาสตราจารย์ด้านกราฟิก Wenzel Jakob ระบุว่าปริมาณแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวขึ้นอยู่กับมุมมองที่รับรู้

ลองนึกภาพแอ่งน้ำอีกครั้ง หากคุณมองตรงลงไปโดยตั้งฉากกับพื้นผิว คุณจะเห็นด้านล่างทันที การดูพื้นผิวในลักษณะนี้จะเป็นศูนย์องศาหรืออุบัติการณ์ปกติปกติคือพื้นผิวปกติ หากมองดูแอ่งน้ำแบบเกรซิ่งอินซิเดนท์ คุณจะเห็นเงาสะท้อนบนผิวน้ำมีความเข้มมากขึ้นและคุณอาจมองไม่เห็นใต้ผิวน้ำเลย

เมื่อคุณทำงานกับพื้นผิวต่อไป คุณจะต้องเพิ่มพูนความรู้เกี่ยวกับแนวคิดแสง 3 มิติเหล่านี้ พวกเขาจะช่วยให้คุณเข้าใจอย่างลึกซึ้งว่า PBR ทำงานอย่างไรจากมุมมองทางเทคนิคและช่วยให้คุณชื่นชมจากมุมมองทางศิลปะเช่นกัน “มันเป็นงานหนักสำหรับคุณ” McDermott ซึ่งมักจะหันไปใช้วิธีการ PBR กล่าวเสริม “ผมสามารถใช้เวลามากขึ้นในการสร้างสรรค์และทำสิ่งที่ดูดี”

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ PBR โปรดดูที่ The PBR Guide ซึ่งเขียนโดย Wes McDermott และเผยแพร่โดย Allegorithmic