PBR-текстуры для улучшения реализма в 3D-графике

В мире 3D-графики реалистичность играет ключевую роль в погружении пользователя. Одной из важнейших составляющих этого реализма являются текстуры. Однако обычные текстуры часто не справляются с задачей создания правдоподобных материалов.

Здесь на сцену выходят PBR-текстуры (Physically Based Rendering). Они разработаны на основе физических принципов, что позволяет им имитировать реальные материалы, такие как дерево, металл или ткань, с поразительной точностью.

В этой статье мы отправимся вглубь мира PBR-текстур: что они из себя представляют, как их использовать и почему они становятся незаменимым инструментом в создании реалистичной графики.

Общие принципы PBR

Понимание принципов физически точного рендеринга (PBR) – ключ к созданию реалистичных изображений. PBR имитирует поведение света в реальном мире, обеспечивая визуальную точность.

В основе PBR лежит идея о том, что материалы по-разному отражают, рассеивают и поглощают свет. Эти свойства представлены в текстурных картах, известных как карты PBR.

Карты PBR используют канал альфа-смешивания, чтобы контролировать прозрачность материала.

Например, карта рассеивания контролирует, как свет рассеивается на поверхности, а карта отражения определяет уровень и тип отражений.

Правильное использование принципов PBR может значительно улучшить качество визуализации сцен, обеспечивая реалистичные материалы и освещение.

Компоненты PBR-текстур

Каждый из компонентов PBR-текстуры несет отведенную ему роль в формировании реалистичного представления о материале.

Базовая карта определяет цвет и альбедо поверхности.

Нормальная карта представляет рельеф материала.

Карта металлизации контролирует металлический блеск.

Карта шероховатости определяет степень размывания отражений на поверхности.

Совместно эти компоненты создают всестороннее представление о материале, включая его визуальные и физические свойства, обеспечивая высокую степень реализма и детализации в виртуальных средах.

Базовый цвет и альбедо

Понимание этих важных понятий имеет решающее значение для создания реалистичного и привлекательного цифрового контента.

Базовый цвет определяет основной оттенок объекта.

Альбедо определяет, какое количество света отражается от поверхности.

Базовый цвет

Также известный как "диффузный цвет", базовый цвет объекта является неотъемлемым свойством материала.

Определяет, как объект отражает свет во всех направлениях.

Влияет на общий оттенок и насыщенность поверхностей объекта.

Альбедо

Альбедо объекта измеряется в диапазоне от 0 до 1.

Значение 0 указывает на полное поглощение света, а 1 указывает на полное отражение.

Влияет на общую яркость и контраст поверхностей объекта.

Нормальные карты и сдвиг по поверхности

Нормальные карты - прекрасный инструмент, позволяющий придать поверхностям текстуру и детализацию. Они обеспечивают иллюзию глубины и рельефа, заставляя плоские поверхности выглядеть более реалистично.

Что делают нормальные карты?

Нормальные карты хранят информацию о направлении поверхности в каждой точке. Используя эту информацию, шейдеры сдвигают поверхность по нормали, создавая впечатление более сложной геометрии.

Практическое использование нормальных карт

Нормальные карты широко применяются для добавления деталей к поверхностям. Например, кирпичной стене можно придать реалистичную каменную кладку, а коже - поры и неровности.

Карты металлизации

Карты металлизации – незаменимый компонент PBR-текстурных наборов.

Они контролируют глянцевость материалов, определяя долю отраженного света, который является зеркальным.

Черные области отображают неметаллические поверхности, а белые – металлические.

Разнообразие карт металлизации позволяет придавать материалам реалистичный вид от тусклого пластика до сверкающего хрома.

Точный учет коэффициента отражения во всем диапазоне материалов делает карты металлизации важной частью создания убедительных и реалистичных сцен в компьютерной графике и визуализации архитектурных проектов.

Карты отражений

На картах отражений представлены данные о том, как объект будет реагировать на свет, который на него попадает. Они играют важную роль в создании реалистичных материалов.

Карты отражений делятся на два типа: карты отражающей способности и карты шероховатости.

Карты отражающей способности показывают, какую часть света объект отражает, а карты шероховатости определяют, насколько ровной или шероховатой будет казаться поверхность.

Комбинация этих двух карт позволяет создавать различные виды поверхностей, от идеально гладких до сильно шероховатых.

Правильное использование карт отражений имеет решающее значение для придания объектам реалистичного вида. Эти карты помогают создавать материалы, которые выглядят так, будто они реагируют на свет так же, как и реальные объекты.

Карты шероховатости

Этот параметр влияет на блики и отражения, показывает, насколько поверхность гладкая или шероховатая.

Грубые поверхности, как у старого дерева, будут сильно рассеивать блики, а гладкие, как у зеркала, будут четко их отражать.

Карта шероховатости указывается в черно-белом канале, где черный цвет соответствует грубым поверхностям, а белый – гладким.

Этот параметр применяется не только к качеству поверхности, но и к текстурам материалов, например, ржавчине или царапинам, чтобы сделать их более реалистичными.

Карты шероховатости играют большую роль в создании правдоподобных материалов и позволяют добиться наибольшего сходства с реальным миром.

Карты непрозрачности

Карты непрозрачности выполняют в создании текстур важную роль. Они влияют на то, как свет будет проходить через модель или объект. В зависимости от значений, указанных на карте, отдельные участки модели станут полностью непрозрачными, пропускающими лишь небольшую часть света, или же будут прозрачными, словно стекло.

В основном карты непрозрачности используются для имитации различных эффектов – таких, как: прозрачные бутылки, окна, полупрозрачные материалы (типа ткани или бумаги), или вовсе невидимые участки.

Работа со слоями карт непрозрачности интуитивно понятна. Белый цвет на карте обозначает полностью непрозрачный участок, чёрный – абсолютно прозрачный, а оттенки серого – различные степени полупрозрачности.

Поэкспериментировав с настройками карты непрозрачности, можно добиться разнообразных интересных визуальных эффектов. Это незаменимый инструмент в арсенале любого 3D-художника.

Карты эмиссии

Эмиссия обычно используется, чтобы добавить детализацию или создать реалистичность.

Особенно эффективен этот эффект для материалов, которые в реальности светятся, типа компьютерных мониторов и фар.

На карте эмиссии более светлые области будут светиться ярче.

Значение присвоить можно как на канал эмиссии, так и на любой другой канал - это зависит от шейдера.

Создание текстур для физически корректного отображения

Для начала вам понадобится высококачественная фотография или отсканированное изображение поверхности, которую вы хотите имитировать.

Затем вам нужно извлечь из этого изображения карты диффузного цвета, нормалей, грубости и металличности.

Карта диффузного цвета определяет основной цвет поверхности.

Карта нормалей контролирует, как свет взаимодействует с поверхностью и создает иллюзию глубины.

Карта грубости определяет, насколько гладкой или шероховатой будет выглядеть поверхность.

Наконец, карта металличности определяет, насколько металлическим или неметаллическим будет выглядеть поверхность.

После того как вы создали все необходимые карты, вы можете объединить их в одну текстуру, которую можно использовать в вашем рендерере или игровом движке.

Применение PBR-текстур в визуализации

Применение PBR-текстур в визуализации открывает новые возможности для создания реалистичных и иммерсивных сцен. Они позволяют художникам использовать физически корректное освещение для достижения достоверного взаимодействия света и материалов.

PBR-текстуры содержат дополнительные каналы, такие как карта нормалей, карта смещения и карта шероховатости. Эти каналы обеспечивают детальную информацию о поверхности материала, его неровностях и оптических свойствах.

Благодаря использованию PBR-текстур, 3D-модели приобретают невероятную детализацию и реалистичность. Свет взаимодействует с поверхностями в соответствии с их физическими характеристиками, создавая правдоподобную визуализацию.

При выборе PBR-текстур важно учитывать размер и детализацию сцены. Для сложных сцен требуются текстуры высокого разрешения, чтобы обеспечить достаточный уровень детализации.

В процессе подготовки сцены следует уделить внимание настройке освещения и материалов. Материалы должны быть правильно назначены объектам, а освещение должно быть отрегулировано для достижения желаемого эффекта.

Примеры PBR-текстур в действии

PBR-текстуры оживляют цифровые миры, придавая материалам потрясающий реализм. Рассмотрим вдохновляющие примеры их практического применения.

От массивных скал до детальных тканей – PBR-текстуры преображают объекты, делая их практически неотличимыми от реальных.

Игры нового поколения используют PBR-текстуры для создания невероятно реалистичных окружений.

Попробуйте сами! Коснитесь камня с текстурой PBR, и почувствуете его шершавость.

Отражения на металлических поверхностях поражают своей правдоподобностью, усиливая эффект погружения.

Художники по текстурам в восторге от возможностей PBR-технологии, которая позволяет им воплощать самые смелые текстурные идеи в жизнь.

Вопрос-ответ:

Что такое PBR-текстуры?

PBR-текстуры - это реалистичные текстуры, созданные в соответствии с принципами физически обоснованного рендеринга (PBR). Они имитируют оптические свойства реальных материалов, такие как отражательная способность, блеск и шероховатость. Благодаря этому они обеспечивают более реалистичный внешний вид в 3D-графике.

Каковы преимущества использования PBR-текстур?

Преимущества использования PBR-текстур включают более реалистичный внешний вид, универсальность (совместимость с различными движками рендеринга), сокращение времени текстурирования (меньше необходимости в ручной настройке), более эффективное освещение (точное отражение и преломление света) и упрощение сотрудничества (согласованность текстур между художниками).

Как создать PBR-текстуры?

Для создания PBR-текстур можно использовать различные методы, такие как сканирование реальных объектов, использование карт высоты и использование специальных программных инструментов (например, Substance Painter, Quixel Mixer). Необходимые текстурные карты включают карту диффузного цвета, карту отражений, карту шероховатости и карту нормалей.

В каких отраслях используются PBR-текстуры?

PBR-текстуры широко используются в различных отраслях, включая видеоигры, фильмы, анимацию, архитектурную визуализацию и промышленный дизайн. Благодаря своей реалистичности и универсальности они позволяют создавать более захватывающие и достоверные визуальные эффекты.

Существуют ли какие-либо специальные требования к материалам для использования PBR-текстур?

Да, для оптимального использования PBR-текстур требуется поддержка физически обоснованного рендеринга в движке рендеринга. Это гарантирует, что оптические свойства текстур будут правильно интерпретироваться и отображаться реалистично с учетом различных источников освещения и взаимодействия с другими объектами в сцене.

Видео:

Гайд по Substance painter | Быстрый Гайд по созданию текстур