Fyzicky založené vykreslování ( PBR ) je metoda počítačové grafiky , která umožňuje spolehlivější zobrazení objektů simulací toku světla v reálném světě .
Mnoho grafických kanálů PBR je zaměřeno na blízkou emulaci fotorealismu . V tomto problému jsou zásadní věrohodné a rychlé matematické aproximace funkce obousměrného rozložení odrazu ( BRDF ) a vizualizačních rovnic . Fotogrammetrii lze použít k identifikaci a stanovení spolehlivých optických vlastností materiálů. Shadery lze použít k implementaci principů PBR.
Od 80. let 20. století řada výzkumníků v oblasti zobrazování pracuje na základní teorii zobrazování, včetně fyzikální přesnosti. Hodně z této práce bylo děláno u počítačové grafiky programovací laboratoř na Cornell univerzitě ; článek z roku 1997 popisuje práci vykonanou v této oblasti do té doby [1] .
Fráze „Physically Based Rendering“ byla široce rozšířena Mattem Pharrem , Gregem Humphreysem a Patem Hanrahanem ve své stejnojmenné knize z roku 2004, klíčové práci v moderní počítačové grafice, která ji přinesla Oscara za technický úspěch ve zvláštním oboru. Efekty [2] .
PBR je podle Joe Wilsona „ více nápadem než přísným souborem pravidel“ [3] – ale myšlenka obsahuje několik charakteristických poznámek. Jedním z nich je, že na rozdíl od mnoha předchozích modelů, které se pokoušely oddělit povrchy na reflexní a nereflexní, PBR uznává, že v reálném světě, jak říká John Hable , se „všechno třpytí“ [4] . Dokonce i rovné nebo matné povrchy v reálném světě, jako je beton, mohou odrážet malé množství světla, ale mnoho kovů a kapalin odráží většinu. Dalším detailem, který se PBR modely snaží implementovat, je integrace fotogrammetrie – měření z fotografií reálných materiálů ke studiu a reprodukci skutečných fyzikálních rozsahů hodnot, aby se věrně simulovalo albedo , brilance , zrcadlení a další fyzikální vlastnosti. Nakonec PBR klade velký důraz na mikropovrchy a často používá pomocné textury a matematické modely k výpočtu nejjemnějších zrcadlových světel a promáčklin vytvořených hladkostí nebo drsností, kromě tradičních zrcadlových nebo zrcadlových map .
Témata PBR, která se zabývají povrchy, jsou často založena na zjednodušené verzi funkce Bidirectional Reflection Distribution Function (BRDF), která dobře reprodukuje optické vlastnosti materiálu pomocí pouhých několika vizuálních parametrů a je také rychle vypočítána počítačem. Běžnými technikami jsou aproximace a zjednodušené modely, které se pokoušejí přizpůsobit vzorky pomocí křivek spolehlivějším výsledkům ve srovnání s jinými časově náročnějšími metodami nebo laboratorními měřeními (jako je použití goniorereflektometru ).
Jak popsal výzkumník Jeff Russell z Marmoset, potrubí pro vykreslování grafiky založené na fyzice může také cílit na následující oblasti výzkumu [5] :
PBR se také často rozšiřuje na objemové zobrazování ve výzkumných oblastech, jako jsou:
Vzhledem k vysokému výkonu a nízké ceně moderního vybavení [6] , se stalo možné využít PBR nejen pro průmyslové, ale i pro zábavní účely, všude tam, kde jsou žádané fotorealistické obrazy, včetně her a tvorby videa [7] . Od té doby, co spotřebitelská mobilní zařízení, jako jsou chytré telefony, mohou přehrávat obsah virtuální reality v reálném čase , PBR vytvořil trh pro snadno použitelný a bezplatný software, který detekuje a zobrazuje obsah v reálném čase tam, kde jsou možné kompromisy v oblasti vizuální věrnosti [8]. :
Typická aplikace obsahuje intuitivní grafické uživatelské rozhraní , které umožňuje umělcům definovat a vrstvit materiály s libovolnými vlastnostmi a přiřazovat je k danému 2D nebo 3D objektu, aby reprodukovaly vzhled a dojem z jakéhokoli umělého nebo přírodního materiálu. Prostředí lze popsat procedurálními shadery nebo texturami, stejně jako procedurální geometrie nebo sítě nebo mračna bodů [9] . Všude, kde je to možné, se všechny změny zobrazují v reálném čase a zajišťují tak rychlou akci. Sofistikované aplikace umožňují zkušeným uživatelům psát své vlastní shadery v jazyce shaderů .