Fiziksel tabanlı oluşturma - Physically based rendering

Bir elmas plaka dokusu, fiziksel temelli işleme ilkeleri kullanılarak yakın çekim olarak işlendi. Microfacet aşınmaları malzemeyi kaplayarak malzeme metal olmasına rağmen kaba, gerçekçi bir görünüm verir . Aynasal vurgular yüksektir ve normal bir harita kullanılarak lastik sırtının uygun kenarında gerçekçi bir şekilde modellenir .
PBR kullanılarak oluşturulan tuğlaların bir görüntüsü . Bu pürüzlü, opak bir yüzey olsa da , malzemenin daha parlak tarafından yansıtılan dağınık ışıktan daha fazlası küçük vurgular oluşturur, çünkü gerçek dünyanın fiziksel tabanlı işleme modelinde "her şey parlaktır". Mozaikleme , bir yükseklik haritasından ve normal haritadan bir nesne ağı oluşturmak için kullanılır ve daha fazla ayrıntı yaratır.

Fiziksel tabanlı oluşturma ( PBR ), görüntüleri gerçek dünyadaki ışık akışını modelleyecek şekilde oluşturmayı amaçlayan bir bilgisayar grafiği yaklaşımıdır . Birçok PBR boru hattı fotogerçekçiliğe ulaşmayı amaçlar . Uygulanabilir ve hızlı yaklaşımları arasında iki yönlü yansıtma dağılımı fonksiyonu ve render denkleminde bu alanda matematiksel önemlidir. Fotogrametri , malzemelerin doğru optik özelliklerini keşfetmeye ve kodlamaya yardımcı olmak için kullanılabilir. PBR ilkelerini uygulamak için gölgelendiriciler kullanılabilir.

Tarih

1980'lerden başlayarak, bir dizi görüntü oluşturma araştırmacısı, fiziksel doğruluk da dahil olmak üzere, oluşturma için sağlam bir teorik temel oluşturmaya çalıştı. Bu çalışmaların çoğu Cornell Üniversitesi Bilgisayar Grafikleri Programında yapıldı; O laboratuvardan 1997 tarihli bir makale, Cornell'de bu alanda o noktaya kadar yapılan çalışmaları anlatıyor.

"Fiziksel Temelli İşleme" ifadesi Matt Pharr , Greg Humphreys ve Pat Hanrahan tarafından 2014'te aynı adlı kitaplarında daha yaygın bir şekilde popülerleştirildi ; modern bilgisayar grafiklerinde çığır açan bir çalışma, yazarlarına özel efektler için Teknik Başarı Akademi Ödülü kazandırdı. .

süreç

PBR, Joe Wilson'ın belirttiği gibi, "katı bir kurallar dizisinden çok bir kavramdır" - ancak kavram birkaç farklı not içerir. Bunlardan biri, yüzeyleri yansıtıcı olmayan ve yansıtıcı olarak ayırt etmeye çalışan önceki birçok modelin aksine, PBR'nin gerçek dünyada John Hable'ın dediği gibi "her şeyin parlak" olduğunu kabul etmesidir. Beton gibi gerçek dünyadaki "düz" veya "mat" yüzeyler bile az miktarda ışığı yansıtacak ve birçok metal ve sıvı ışığın büyük bir kısmını yansıtacaktır. PBR modellerinin yapmaya çalıştığı başka bir şey de , albedo , parlaklık , yansıtıcılık ve diğer fiziksel özellikleri doğru bir şekilde simüle etmek için gerçek fiziksel değer aralıklarını incelemek ve çoğaltmak için fotogrametriyi - gerçek dünyadaki malzemelerin fotoğraflarından yapılan ölçümleri - entegre etmektir . Son olarak, PBR koyar vurgu bir hayli microfacets ve genellikle ek dokular ve matematiksel modeller küçük ölçekli modeli amaçlanmıştır içerecektir speküler vurgular ve boşluklar geleneksel speküler veya yansıtma haritalara ek olarak pürüzsüzlük veya pürüzlülüğünün kaynaklanan.

yüzeyler

Yüzeylerle ilgilenen PBR konuları, genellikle hesaplanması hızlı olan ve yalnızca birkaç sezgisel parametre kullanarak malzemenin optik özelliklerine iyi yaklaşan çift ​​yönlü yansıma dağılım fonksiyonunun ( BRDF ) basitleştirilmiş bir modeline dayanır . Yaygın teknikler, yaklaşık modelleri diğer daha fazla zaman alan yöntemlerden veya laboratuvar ölçümlerinden (bir gonioreflektometreninkiler gibi ) daha doğru verilere uydurmaya çalışan yaklaşımlar ve basitleştirilmiş modellerdir .

Marmoset'ten araştırmacı Jeff Russell tarafından açıklandığı gibi, yüzey odaklı fiziksel tabanlı bir işleme hattı ayrıca aşağıdaki araştırma alanlarına da odaklanabilir:

Hacimler

PBR ayrıca , aşağıdaki gibi araştırma alanlarıyla birlikte, genellikle cilt oluşturma işlemlerine de genişletilir :

Uygulama

Modern donanımın yüksek performansı ve düşük maliyetleri sayesinde, video oyunları veya film yapımı gibi fotogerçekçi görüntülerin istendiği her yerde PBR'yi sadece endüstriyel değil, eğlence amaçlı da kullanmak mümkün hale geldi. Günümüzün orta ve üst düzey donanımı, PBR içeriği üretme ve işleme yeteneğine sahiptir ve tüm deneyim seviyelerindeki tasarımcıların aşağıdakiler gibi fiziksel tabanlı işleme yöntemlerinden yararlanmasına olanak tanıyan ücretsiz ve kullanımı kolay bir yazılım pazarı vardır:

Tipik bir uygulama, sanatçıların malzemeleri rastgele özelliklerle tanımlamasına ve katmanlamasına ve herhangi bir sentetik veya organik malzemenin görünümünü yeniden oluşturmak için bunları belirli bir 2B veya 3B nesneye atamasına olanak tanıyan sezgisel bir grafik kullanıcı arabirimi sağlar. Ortamlar, prosedürel gölgelendiriciler veya dokuların yanı sıra prosedürel geometri veya ağlar veya nokta bulutları ile tanımlanabilir. Mümkünse tüm değişiklikler gerçek zamanlı olarak görünür hale getirilir ve bu nedenle hızlı yinelemelere izin verir. Gelişmiş uygulamalar, bilgili kullanıcıların HLSL veya GLSL gibi bir gölgeleme dilinde özel gölgelendiriciler yazmasına izin verir , ancak ışık konumu, yansıma seviyeleri ve emisyon gibi önemli kavramlar için yerel desteğe sahip grafik tabanlı bir iş akışına izin veren giderek daha fazla düğüm tabanlı malzeme düzenleyiciler ve metaliklik ve çok çeşitli diğer matematik ve optik işlevler, en karmaşık uygulamalar dışındaki tüm uygulamalar için elle yazılmış gölgelendiricilerin yerini alıyor.

Referanslar