Na czym polega fizycznie poprawne oświetlenie?


10

Nie mogę znaleźć niczego kompleksowego za pomocą Google. Zastanawiam się, jakie są podstawowe koncepcje fizycznie poprawnego oświetlenia i gdzie mogę o nim poczytać. Na czym polega fizycznie poprawne oświetlenie? Czy oświetlenie Phong jest generalnie niepoprawne fizycznie?

Odpowiedzi:


17

Jest to znacznie większy temat, niż można udzielić w odpowiedzi, ale w skrócie:

Fizyczne zacienienie oznacza pozostawienie za sobą modeli fenomenologicznych , takich jak model cieniowania Phong, które są po prostu zbudowane tak, aby „subiektywnie wyglądać”, bez rzeczywistej fizyki, oraz przejście do modeli oświetlenia i cieniowania wywodzących się z praw fizyka i / lub rzeczywiste pomiary świata rzeczywistego oraz rygorystycznie przestrzegają ograniczeń fizycznych, takich jak oszczędzanie energii.

Na przykład w wielu starszych systemach renderowania modele cieniowania zawierały osobne elementy sterujące odbłyskami światła punktowego od świateł punktowych i odbicia otoczenia za pomocą mapy sześcianów. Można utworzyć moduł cieniujący z ustawieniem lustrzanym i odbiciem na niezwykle różne wartości, nawet jeśli oba są przypadkami tego samego procesu fizycznego . Ponadto można ustawić lustrzaną na dowolną jasność, nawet jeśli spowodowałoby to, że powierzchnia odbijałaby więcej energii niż faktycznie otrzymała.

W systemie opartym na fizyce zarówno punktowe zwierciadło światła, jak i odbicie otoczenia byłyby kontrolowane za pomocą tego samego parametru, a system zostałby skonfigurowany do automatycznego dostosowywania jasności zarówno elementu zwierciadlanego, jak i rozproszonego w celu utrzymania ogólnej oszczędności energii. Ponadto na podstawie pomiarów chciałbyś ustawić jasność zwierciadła na realistyczną wartość dla materiału, który próbujesz symulować.

Fizyczne oświetlenie lub cieniowanie obejmuje oparte na fizyce BRDF, które zwykle oparte są na teorii mikropacet , oraz fizycznie poprawny transport światła, który jest oparty na równaniu renderowania (choć mocno przybliżonym w przypadku gier w czasie rzeczywistym).

Obejmuje także niezbędne zmiany w procesie artystycznym, aby skorzystać z tych funkcji. Przejście na system oparty na fizyce może powodować niepokoje artystów. Przede wszystkim wymaga oświetlenia Full HDR z realistycznym poziomem jasności dla źródeł światła, nieba itp., Co może zająć trochę czasu dla artystów oświetlenia. Wymaga także od artystów tekstur / materiałów, aby robili niektóre rzeczy inaczej (szczególnie w przypadku lustra) i mogą być sfrustrowani pozorną utratą kontroli (np. Zamknięcie razem podświetlenia i refleksji otoczenia, jak wspomniano powyżej; artyści będą na to narzekać). Potrzebują trochę czasu i wskazówek, aby dostosować się do systemu opartego na fizyce.

Plusem jest to, że gdy artyści dostosują się i zyskają zaufanie do systemu opartego na fizyce, zazwyczaj bardziej go lubią, ponieważ ogólnie jest mniej parametrów (mniej pracy, aby mogli je ulepszyć). Ponadto materiały utworzone w jednym środowisku oświetleniowym ogólnie dobrze wyglądają również w innych środowiskach oświetleniowych. Jest to odmienne niż w przypadku modeli bardziej ad-hoc, w których zestaw parametrów materiałowych może wyglądać dobrze w ciągu dnia, ale wydaje się absurdalnie lśniący w nocy lub coś w tym rodzaju.

Oto niektóre zasoby, na które należy zwrócić uwagę w przypadku fizycznego oświetlenia w grach:

I oczywiście byłbym niedoceniony, gdybym nie wspomniał o fizycznym renderowaniu Pharr i Humphreys, niesamowitym nawiązaniu do tego tematu i wartym poświęcenia czasu, chociaż skupia się on raczej na renderowaniu offline niż w czasie rzeczywistym.


3
Zobacz także wykład na temat fizyki światła i renderowania Johna Carmacka z QuakeCon 2013.
bummzack

@bummzack - To może być rozmowa, która zapala więcej osób do realizacji PBR :)
Jovan

0

„Fizycznie poprawny” oznacza, że ​​wynik wygląda tak, jakby wyglądał w rzeczywistości, przy założeniu, że rzeczywistość będzie kształtowana i teksturowana tak samo. Oznacza to na przykład, że wszystkie powierzchnie odbijają światło, głównie rozproszone, więc większość światła jest pośrednia. Ponadto światło może przenikać przez materiały.

I tak, jedna konkretna część fizycznie realistycznego pioruna obejmuje prawidłowe modelowanie światła odbitego od powierzchni. Phong jest rozsądnym przybliżeniem, ale działa dobrze tylko dla punktowych źródeł światła - więc nie dla pośrednich źródeł światła, które będziesz miał dużo w realistycznej scenie.

Pamiętaj, że „fizycznie poprawny” jest wciąż obszarem badań - nie tylko jak modelować go w komputerze, ale także rzeczywistość. Dopiero kilka lat temu naukowcy odkryli, że niektóre kryształy odblaskowe odbijają dwukrotnie więcej światła z powrotem do źródła w porównaniu do innych kierunków.


1
Fizycznie poprawne nie oznacza tylko, że wynik wygląda jak prawdziwy świat. Co ważniejsze, obliczenia wykorzystują rzeczywiste wartości. Dlatego odbywa się wiele pomiarów. Zaletą jest to, że możesz skanować modele lub używać sfotografowanych tekstur takimi, jakie są, i wyglądają realistycznie na scenie gry. W większości obecnych silników należy dostosować właściwości kolorów, aby dopasować je do sceny.
danijar,

@danijar: Przeczytaj ponownie to, co mówię, w szczególności ... zakładając, że rzeczywistość ... Twoje „prawdziwe słowa” i „pomiar” mogą być fizycznie poprawnymi danymi wejściowymi, ale nie są przydatne, jeśli silnik nie jest fizycznie poprawny samo. W szczególności twój punkt „sfotografowanych tekstur” pasuje do tego, co mówię o „teksturowanej tak jak rzeczywistość”.
MSalters,

1
Nie. Większość silników nowej generacji nie używa tego terminu do obliczania wszystkich efektów świetlnych w świecie rzeczywistym jako światła przemieszczającego się przez materiały lub nieograniczonej liczby odbić światła. Twoja odpowiedź odzwierciedla to, co rozumiesz przez ten termin, a nie to, co zwykle odnosi się do kontekstu rozwoju gry.
danijar,

Rzeczywiście używam tego terminu nie w sensie marketingowym, gdzie często oznacza „ładniejszy niż w ubiegłym roku” lub w najlepszym razie „nieco bliższy rzeczywistości niż w ubiegłym roku”. Nie sugeruję też nieskończonych odbić. Nawet rzeczywistość tego nie ma, fotony są kwantyzowane. Z każdym odbiciem intensywność spada wykładniczo, więc wkrótce dochodzisz do punktu, w którym dodatkowe wkłady są fizycznie nieistotne. Jednak silniki gier z ograniczonymi zasobami obliczeniowymi i ograniczeniami renderowania w czasie rzeczywistym mogą wymagać dalszych skrótów. To nie jedyne oświetlenie w rozwoju gier - wiele rzeczy jest wstępnie renderowanych.
MSalters,

Wiem to. Nie mówiłem jednak o marketingu, ale obliczeniach oświetlenia z rzeczywistymi wartościami, niekoniecznymi prawdziwymi algorytmami. Ale akceptuję, że to twoja opinia. Nie powiem więcej o tej dyskusji.
danijar
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.