Теория физического шейдинга

 

Технология физического шейдинга «Physically Based Shading» (PBS) предназначена для реалистичной передачи материала 3d модели непосредственно во время игры. Благодаря этой технологии объекты в играх выглядят примерно так, как бы они выглядели в реальной жизни.

 

Материалы (дерево, сталь и т.д.) отражают от своих поверхностей свет по-разному, и суть PBS заключается в передаче максимальной реалистичности этого отражения. Например, если к 3d модели применен материал стали, на которой местами присутствует грязь или царапины, то и отражение света от них будет различаться.

 

Как же движок понимает, каким образом отражать какую-либо часть поверхности? Для этого создают специальные карты, в которых содержится информация об отражении от конкретного участка объекта.

 

Карта «Diffuse»

 

Карта «Diffuse» – это текстура поверхности материала, его внешний цвет, рисунок. До появления технологии PBS в играх, на ней стремились изобразить не только максимально реалистичную поверхность объекта, но и присутствующие блики и рельеф. В PBS же, она содержит только максимально естественный цвет поверхности (обычно достаточно бледный и тусклый), а за визуализацию бликов и рельефа в данной технологии отвечают совсем другие карты.

 

 

Карта «Normal»

 

Карта нормалей содержит информацию о рельефе объекта. С её помощью создают несуществующие детали на поверхности низкополигональной модели: вмятины, выпуклости, болты и т.д. Используя данный прием, отпадает необходимость в моделировании большого количества деталей, что сокращает число полигонов и при этом получается замечательный результат рельефа.

 

Технология выглядит следующим образом: сначала создаются высокополигональная (High-Poly) и аналогичная низкополигональная (Low-Poly) модели, затем с High-Poly снимается карта нормалей и накладывается на Low-Poly модель. Благодаря этому приёму существенно экономятся ресурсы компьютера.

 

 

Карта «Heightmap»

 

Карта высот так же содержит информацию о рельефе и представляет собой, обычно, черно-белую текстуру. Чем светлее на ней участки, тем они выше на 3d модели, чем темнее – ниже.

 

Карта «Specular»

 

Данная карта отвечает за отражение поверхности. С её помощью движку указывают, какой участок модели более блестящий, а какой менее. Как и в предыдущем случае, обычно она, черно-белого цвета. Принцип работы, аналогичен, чем светлее участки на текстуре, тем больше от них отражение.

 

«Ambient Occlusion»

 

Карта непрямого освещения поверхности предназначена для эффекта затенения и углубления в углах 3d модели, для придания большей выразительности. Данного вида освещения в природе не существует.

 

Выше перечислены не все карты, но самые основные. Для создания же большинства материалов достаточно и вовсе три: «Diffuse», «Normal» и «Specular». Моделирование моделей для игровых движков ориентировано на корректное отображение на них данных карт.