什么是物理上正确的照明?


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使用Google我找不到任何全面的东西。我想知道物理上正确的照明的核心概念是什么,以及在哪里可以阅读。什么是物理上正确的照明?Phong照明通常在物理上不正确吗?

Answers:


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这是一个比答案要涵盖的话题更大的话题,但要简短地说:

基于物理的阴影意味着抛弃像Phong阴影模型这样的现象学模型,这些模型只是为了在主观上“看起来不错”而无需以任何实际方式建立在物理基础上,而是转而使用源自于法则的照明和阴影模型。物理和/或来自现实世界的实际测量,并严格遵守物理限制,例如节能。

例如,在许多较旧的渲染系统中,着色模型包括单独的控件,这些控件用于从点光源反射镜面高光并通过立方体贴图反射环境。您可以创建一个将高光和反射设置为截然不同的值的着色器,即使它们都是同一物理过程的实例。此外,您可以将镜面反射镜设置为任意亮度,即使它会使表面反射的能量大于实际接收的能量。

在基于物理的系统中,点光源的镜面反射和环境反射都将由相同的参数控制,并且该系统将设置为自动调整镜面反射和漫反射组件的亮度,以保持总体能量守恒。此外,您可能希望基于测量将要尝试模拟的材质的镜面反射亮度设置为现实值。

基于物理的照明或阴影包括通常基于微面理论的基于物理的BRDF 和基于渲染方程的物理正确的光传输(尽管在实时游戏中非常近似)。

它还包括对工艺进行必要的更改以利用这些功能。切换到基于物理的系统可能会使艺术家感到不安。首先,它需要具有逼真的亮度水平的完整HDR照明,用于光源,天空等,这可能需要一些照明艺术家习惯。它还需要纹理/材质艺术家以不同的方式做某些事情(尤其是对于镜面反射),并且可能会由于明显失去控制而感到沮丧(例如,将镜面反射高光和环境反射锁定在一起;艺术家会对此抱怨)。他们将需要一些时间和指导以适应基于物理的系统。

从好的方面来说,一旦艺术家适应并赢得了基于物理的系统的信任,他们通常最终会更喜欢它,因为总体上参数较少(需要调整的工作更少)。同样,在一个照明环境中创建的材质通常在其他照明环境中看起来也不错。这与更多的临时模型不同,在临时模型中,一组材料参数在白天看起来不错,但在晚上或类似的情况下却显得可笑。

以下是一些可用于游戏中基于物理的照明的资源:

当然,如果我不提及Pharr和Humphreys 的“基于物理的渲染”,那将是我的全部,这是一个关于整个主题的出色参考,值得您花时间,尽管它侧重于离线而不是实时渲染。


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还可以查看QuakeCon 2013的John Carmack 的“光与渲染的物理”演讲
。– bummzack

@bummzack-这可能是引发更多人追求PBR的话题:)
Jovan

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“物理上正确”表示假设现实的形状和纹理相同,结果看起来像真实的外观。例如,这意味着所有表面都反射光,大部分是漫反射的,因此大多数光是间接的。同样,光可以穿过材料。

是的,物理上逼真的闪电的一个特定部分包括对从表面反射的光的正确建模。Phong是一个合理的近似值,但仅适用于点光源-不适用于间接光源,在物理现实场景中,间接光源会占很多。

请记住,“物理上正确的”仍然是研究的领域-不仅是如何在计算机中建模,而且还包括现实。仅仅几年前,科学家发现与其他方向相比,某些反射性晶体将反射回源的光量增加了一倍。


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物理上正确的不仅意味着结果看起来像真实世界。更重要的是,计算使用的是实际值。因此,进行了大量测量。优点是您可以按原样扫描模型或使用拍摄的纹理,并且它们在您的游戏场景中看起来逼真。在大多数当前引擎中,您必须调整颜色属性以使其适合场景。
danijar

@danijar:重新阅读我说的话,尤其是 ……假设现实……您的“真实单词值”和“测量”可能是物理上正确的输入,但如果引擎物理上不正确,则无用本身。特别是,您对“拍摄的纹理”的观点与我所说的“纹理与现实相同”相符。
MSalters

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不会。大多数下一代引擎不会使用该术语来计算现实世界中的所有灯光效果,因为灯光会通过材料传播或产生无限数量的光反弹。您的答案反映出您所理解的术语,而不是游戏开发环境中通常所指的术语。
danijar

我确实使用了非市场营销的术语,它通常表示“比去年更漂亮”或充其量“比去年更接近现实”。我也不暗示无限反弹。甚至现实都没有,光子被量化了。每次反射,强度都会以指数方式下降,因此您很快就会发现在物理上可以忽略不计其他贡献。但是具有有限计算资源和实时渲染限制的游戏引擎可能会采用其他捷径。这不是游戏开发中的唯一亮点-许多东西都是预先渲染的。
MSalters

我知道。但是,我不是在谈论营销,而是在讨论具有实际价值的照明计算,而不是必要的实际算法。但我接受这是您的意见。在此讨论中,我不再赘述。
danijar
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