Fysisk baseret gengivelse ( PBR ) er en computergrafikmetode , der giver dig mulighed for at vise objekter mere pålideligt ved at simulere lysstrømmen i den virkelige verden .
Mange af PBR-grafikpipelines er gearet til tæt at efterligne fotorealisme . Plausible og hurtige matematiske tilnærmelser af den tovejsrefleksionsfordelingsfunktion ( BRDF ) og visualiseringsligninger er væsentlige i dette problem. Fotogrammetri kan bruges til at identificere og bestemme materialers pålidelige optiske egenskaber. Shaders kan bruges til at implementere PBR-principper.
Siden 1980'erne har en række billeddannende forskere arbejdet med den grundlæggende teori om billeddannelse, herunder fysisk nøjagtighed. Meget af dette arbejde blev udført på Computer Graphics Programming Laboratory ved Cornell University ; en artikel fra 1997 beskriver det arbejde, der er udført på dette område indtil da [1] .
Udtrykket "Physically Based Rendering" blev bredt spredt af Matt Pharr , Greg Humphreys og Pat Hanrahan i deres bog fra 2004 af samme navn, det banebrydende værk inden for moderne computergrafik, der bragte den til Academy Award for Technical Achievement in Special Effekter [2] .
PBR er ifølge Joe Wilson " mere en idé end et strengt sæt regler" [3] - men ideen indeholder et par karakteristiske noter. Den ene er, at i modsætning til mange tidligere modeller, der forsøgte at adskille overflader i reflekterende og ikke-reflekterende, erkender PBR, at i den virkelige verden, som John Hable udtrykker det , "glitter alting" [4] . Selv flade eller matte overflader i den virkelige verden, såsom beton, kan reflektere en lille mængde lys, men mange metaller og væsker reflekterer det meste af det. En anden detalje, som PBR-modeller forsøger at implementere, er integrationen af fotogrammetri - målinger fra fotografier af virkelige materialer for at studere og reproducere sande fysiske værdiområder for trofast at simulere albedo , brillans , spekularitet og andre fysiske egenskaber. I sidste ende lægger PBR meget vægt på mikrooverflader og bruger ofte hjælpeteksturer og matematiske modeller til at beregne de fineste spejlende højdepunkter og buler skabt af glathed eller ruhed, foruden traditionelle spejlende eller spejlende kort .
PBR-emner, der omhandler overflader, er ofte baseret på en forenklet version af Bidirectional Reflection Distribution Function (BRDF), som gengiver de optiske egenskaber af en materialebrønd ved hjælp af blot nogle få visuelle parametre, og som også hurtigt beregnes af en computer. Almindelige teknikker er tilnærmelser og forenklede modeller, der forsøger at tilpasse prøver ved hjælp af kurver til mere pålidelige resultater i forhold til andre mere tidskrævende metoder eller laboratoriemålinger (såsom brug af et gonioreflektometer ).
Som beskrevet af forsker Jeff Russell fra Marmoset, kan en fysikbaseret overfladebaseret grafikgengivelsespipeline også målrette mod følgende forskningsområder [5] :
PBR udvides også ofte til volumetrisk billeddannelse inden for forskningsområder som:
På grund af den høje ydeevne og lave omkostninger ved moderne udstyr [6] er det blevet muligt at bruge PBR ikke kun til industrielle formål, men også til underholdningsformål, overalt hvor der efterspørges fotorealistiske billeder, herunder spil og videooprettelse [7] . Lige siden forbrugermobilenheder såsom smartphones kan afspille virtual reality- indhold i realtid , har PBR skabt et marked for letanvendelig og gratis software, der registrerer og viser realtidsindhold, hvor visuel troskab afvejninger er mulige [8] :
En typisk applikation indeholder en intuitiv grafisk brugergrænseflade , der giver kunstnere mulighed for at definere og lagdele materialer med vilkårlige egenskaber og tildele dem til et givet 2D- eller 3D-objekt for at gengive udseendet og fornemmelsen af ethvert kunstigt eller naturligt materiale. Miljøet kan beskrives ved proceduremæssige shaders eller teksturer, ligesom procedureel geometri eller masker eller punktskyer [9] . Hvor det er muligt, vises alle ændringer i realtid og sikrer dermed hurtig handling. Sofistikerede applikationer giver dygtige brugere mulighed for at skrive deres egne shaders i et shader-sprog .