A fizikai alapú renderelés ( PBR ) egy számítógépes grafikai módszer , amely lehetővé teszi az objektumok megbízhatóbb megjelenítését azáltal, hogy szimulálja a fényáramlást a valós világban .
A PBR grafikus csatornák közül sok a fotorealizmus szoros emulációjára irányul . A kétirányú reflexiós eloszlás függvény ( BRDF ) és a vizualizációs egyenletek hihető és gyors matematikai közelítései elengedhetetlenek ebben a problémában. A fotogrammetria segítségével azonosítható és meghatározható az anyagok megbízható optikai tulajdonságai. Shaderek használhatók a PBR elvek megvalósítására.
Az 1980-as évek óta számos képalkotó kutató dolgozik a képalkotás alapvető elméletén, beleértve a fizikai pontosságot is. Ennek a munkának a nagy részét a Cornell Egyetem Számítógépes Grafikai Programozási Laboratóriumában végezték ; egy 1997-es cikk leírja az ezen a területen addig végzett munkát [1] .
A "fizikai alapú renderelés" kifejezést Matt Pharr , Greg Humphreys és Pat Hanrahan 2004-es azonos című könyvében széles körben elterjesztette, amely a modern számítógépes grafika alapműve, amely elhozta az Oscar -díj szerzőinek a különleges technikai teljesítményért. Hatások [2] .
A PBR Joe Wilson szerint "inkább egy ötlet , mint egy szigorú szabályrendszer" [3] – de az ötlet tartalmaz néhány jellegzetes megjegyzést. Az egyik az, hogy sok korábbi modellel ellentétben, amelyek megkísérelték szétválasztani a felületeket fényvisszaverőre és nem tükröződőre, a PBR felismeri, hogy a való világban, ahogy John Hable fogalmaz , "minden csillog" [4] . A való világban még a lapos vagy matt felületek is, mint például a beton, képesek kis mennyiségű fényt visszaverni, de sok fém és folyadék a legtöbbet visszaveri. Egy másik részlet, amelyet a PBR-modellek próbálnak megvalósítani, a fotogrammetria integrálása – a valós anyagok fényképeiből származó mérések valós fizikai értéktartományok tanulmányozása és reprodukálása az albedó , a ragyogás , a tükörképesség és más fizikai tulajdonságok hű szimulálása érdekében. Végső soron a PBR nagy hangsúlyt fektet a mikrofelületekre, és gyakran használ kisegítő textúrákat és matematikai modelleket a simaság vagy egyenetlenség által létrehozott legfinomabb tükröződési csúcsok és horpadások kiszámításához, a hagyományos tükör- vagy tükörtérképek mellett .
A felületekkel foglalkozó PBR-témák gyakran a Bidirectional Reflection Distribution Function (BRDF) egyszerűsített változatán alapulnak, amely jól reprodukálja az anyag optikai tulajdonságait néhány vizuális paraméter segítségével, és számítógéppel is gyorsan kiszámolják. Az elterjedt technikák a közelítések és az egyszerűsített modellek, amelyek a mintákat görbék segítségével próbálják megbízhatóbb eredményekhez igazítani más, időigényesebb módszerekkel vagy laboratóriumi mérésekkel (például gonioreflektométerrel ) összehasonlítva.
Amint azt Jeff Russell, a Marmoset kutatója leírta, egy fizikai alapú felületalapú grafikus renderelő csővezeték a következő kutatási területeket is megcélozhatja [5] :
A PBR-t gyakran kiterjesztik volumetrikus képalkotásra is olyan kutatási területeken, mint például:
A modern berendezések nagy teljesítménye és alacsony költsége miatt [6] lehetővé vált a PBR alkalmazása nemcsak ipari, hanem szórakoztató célokra is, mindenhol, ahol a fotorealisztikus képekre van igény, beleértve a játékokat és a videókészítést is [7] . Amióta a fogyasztói mobileszközök, például az okostelefonok képesek valós időben lejátszani a virtuális valóság tartalmait , a PBR piacot teremtett a könnyen használható és ingyenes szoftverek számára, amelyek észlelik és megjelenítik a valós idejű tartalmat, ahol lehetséges a vizuális hűség kompromisszuma [8]. :
Egy tipikus alkalmazás tartalmaz egy intuitív grafikus felhasználói felületet , amely lehetővé teszi a művészek számára, hogy tetszőleges tulajdonságokkal rendelkező anyagokat definiáljanak és rétegezzenek, és hozzárendeljék azokat egy adott 2D vagy 3D objektumhoz, hogy bármilyen mesterséges vagy természetes anyag megjelenését és érzetét reprodukálják. A környezet leírható procedurális shaderekkel vagy textúrákkal, csakúgy, mint a procedurális geometria, hálók vagy pontfelhők [9] . Ahol lehetséges, minden változás valós időben jelenik meg, így biztosítva a gyors cselekvést. A kifinomult alkalmazások lehetővé teszik a gyakorlott felhasználók számára, hogy saját shadereiket egy shader nyelven írják meg .