Fizikailag helyes megjelenítés

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. november 2-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 6 szerkesztést igényelnek .

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.

Történelem

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] .  

Folyamat

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 . 

Felületek

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] :

Kötetek

A PBR-t gyakran kiterjesztik volumetrikus képalkotásra is olyan kutatási területeken, mint például:

Alkalmazás

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 .

Linkek

  1. Greenberg, Donald P. A valósághű képszintézis keretrendszere  // Communications of the ACM  :  Journal. - 1999. - augusztus 1. ( 42. köt. , 8. sz.). - P. 44-53 . - doi : 10.1145/310930.310970 . Az eredetiből archiválva : 2018. szeptember 24.
  2. Pharr, Matt, Humphreys, Greg és Hanrahan, Pat. "Physically Based Rendering" archiválva 2020. szeptember 17-én a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2016. november 14.
  3. Wilson, Joe. "Fizikai alapú renderelés – és te is tudsz!" Archivált 2019. augusztus 20-án a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2017. január 12.
  4. Hable, John. "Everything Is Shiny" archiválva : 2016. december 5., a Wayback Machine -nél
  5. Russell, Jeff, "PBR Theory" Archiválva : 2019. július 8. a Wayback Machine -nél . Letöltve: 2019. augusztus 20.
  6. Kam, Ken . Hogyan részesíti előnyben Moore törvénye az Nvidiát az Intellel szemben  (angol) , Forbes . Az eredetiből archiválva : 2018. május 29. Letöltve: 2019. november 20.
  7. Fizikai alapú renderelés: az elmélettől a  megvalósításig . www.pbrt.org . Letöltve: 2018. május 29. Az eredetiből archiválva : 2020. szeptember 17.
  8. Fizikai alapú árnyékolás mobilon  , Unreal Engine . Archiválva az eredetiből: 2020. augusztus 7. Letöltve: 2019. november 20.
  9. Pontfelhők  . _ Sketchfab Súgó . Letöltve: 2018. május 29. Az eredetiből archiválva : 2018. május 30.