Fyysisesti perustuva renderöinti ( PBR ) on tietokonegrafiikkamenetelmä , jonka avulla voit näyttää objektit luotettavammin simuloimalla valon virtausta todellisessa maailmassa .
Monet PBR-grafiikkaputkista on suunnattu jäljittelemään tarkasti fotorealismia . Kaksisuuntaisen heijastusjakaumafunktion ( BRDF ) ja visualisointiyhtälöiden uskottavat ja nopeat matemaattiset approksimaatiot ovat olennaisia tässä ongelmassa. Fotogrammetriaa voidaan käyttää materiaalien luotettavien optisten ominaisuuksien tunnistamiseen ja määrittämiseen. Varjostimia voidaan käyttää PBR-periaatteiden toteuttamiseen.
1980-luvulta lähtien useat kuvantamisen tutkijat ovat työskennelleet kuvantamisen perusteorian parissa, mukaan lukien fyysinen tarkkuus. Suuri osa tästä työstä tehtiin Cornellin yliopiston Computer Graphics Programming Laboratoryssa ; vuoden 1997 artikkelissa kuvataan tällä alalla siihen mennessä tehtyä työtä [1] .
Matt Pharr , Greg Humphreys ja Pat Hanrahan levittivät laajalti ilmaisua "Fyysisesti perustuva renderöinti" samannimisessä kirjassaan vuonna 2004. Se on modernin tietokonegrafiikan uraauurtava työ, joka toi sen Oscarin tekijöille teknisistä saavutuksista erityisissä . Tehosteet [2] .
PBR on Joe Wilsonin mukaan " enemmän idea kuin tiukat säännöt" [3] - mutta idea sisältää muutamia tunnusomaisia huomautuksia. Yksi on se, että toisin kuin monet aiemmat mallit, joissa yritettiin erottaa pinnat heijastaviin ja heijastamattomiin, PBR tunnustaa, että todellisessa maailmassa, kuten John Hable sanoo , "kaikki kiiltää" [4] . Jopa todellisessa maailmassa tasaiset tai mattapinnat, kuten betoni, voivat heijastaa pienen määrän valoa, mutta monet metallit ja nesteet heijastavat suurimman osan siitä. Toinen yksityiskohta, jota PBR-mallit yrittävät toteuttaa, on fotogrammetrian integrointi – mittaukset tosielämän materiaaleista otettujen valokuvien perusteella, jotta voidaan tutkia ja toistaa todellisia fyysisiä arvoalueita albedon , loiston , heijastavuuden ja muiden fysikaalisten ominaisuuksien simuloimiseksi uskollisesti. Loppujen lopuksi PBR painottaa paljon mikropintoja ja käyttää usein avustavia pintakuvioita ja matemaattisia malleja laskeakseen tasaisuuden tai karheuden luomia hienoimpia peilikohokohtia ja kolhuja perinteisten peili- tai peilikarttojen lisäksi.
Pintoja käsittelevät PBR-aiheet perustuvat usein yksinkertaistettuun versioon BRDF (Bidirectional Reflection Distribution Function) -funktiosta, joka toistaa materiaalin optiset ominaisuudet hyvin muutamalla visuaalisella parametrilla ja laskee sen myös nopeasti tietokoneella. Yleisiä tekniikoita ovat approksimaatiot ja yksinkertaistetut mallit, joissa näytteet yritetään sovittaa käyrien avulla luotettavampiin tuloksiin verrattuna muihin aikaa vieviin menetelmiin tai laboratoriomittauksiin (kuten gonioreflektometrin käyttö ).
Kuten Marmosetin tutkija Jeff Russell kuvailee, fysiikkaan perustuva pintapohjainen grafiikan renderöintiputki voi kohdistaa myös seuraavat tutkimusalueet [5] :
PBR laajennetaan usein myös volumetriseen kuvantamiseen tutkimusalueilla, kuten:
Nykyaikaisten laitteiden korkean suorituskyvyn ja alhaisten kustannusten ansiosta [6] on tullut mahdolliseksi käyttää PBR:ää ei vain teollisiin, vaan myös viihdetarkoituksiin, missä tahansa fotorealistisilla kuvilla on kysyntää, mukaan lukien pelit ja videoiden luominen [7] . Siitä lähtien, kun kuluttajien mobiililaitteet, kuten älypuhelimet, voivat toistaa virtuaalitodellisuussisältöä reaaliajassa , PBR on luonut markkinat helppokäyttöisille ja ilmaisille ohjelmistoille, jotka havaitsevat ja näyttävät reaaliaikaista sisältöä, jossa visuaalisen tarkkuuden kompromissit ovat mahdollisia [8] :
Tyypillinen sovellus sisältää intuitiivisen graafisen käyttöliittymän , jonka avulla taiteilijat voivat määritellä ja kerrostaa materiaaleja, joilla on mielivaltaiset ominaisuudet, ja liittää ne tiettyyn 2D- tai 3D-objektiin toistaakseen minkä tahansa keinotekoisen tai luonnollisen materiaalin ulkoasun ja tuntuman. Ympäristöä voidaan kuvata proseduureilla varjostimilla tai tekstuureilla, aivan kuten proseduurigeometrialla tai silmällä tai pistepilvellä [9] . Aina kun mahdollista, kaikki muutokset näkyvät reaaliajassa, mikä varmistaa nopean toiminnan. Kehittyneiden sovellusten avulla taitavat käyttäjät voivat kirjoittaa omia varjostimiaan Shader - kielellä .