Что такое физически правильное освещение?

Я не могу найти ничего всеобъемлющего, используя Google. Мне интересно, каковы основные концепции физически правильного освещения, и где я мог бы прочитать об этом. Что такое физически правильное освещение? Освещение Фонга вообще физически некорректно?

Это гораздо большая тема, чем может быть освещена в ответе, но вкратце:

Физическое затенение означает оставление после себя феноменологических моделей, таких как модель затенения Фонга, которые просто созданы для того, чтобы «хорошо выглядеть» субъективно, без какого-либо реального подхода к физике, и переход к моделям освещения и затенения, которые вытекают из законов физика и / или из реальных измерений реального мира, и строго соблюдать физические ограничения, такие как сохранение энергии.

Например, во многих старых системах рендеринга модели затенения включали отдельные элементы управления для зеркальных бликов от точечных источников и отражения окружающей среды с помощью кубической карты. Вы можете создать шейдер с зеркальным отражением и отражением, настроенными на совершенно разные значения, даже если это оба экземпляры одного и того же физического процесса. Кроме того, вы можете установить зеркальное отражение на любую произвольную яркость, даже если это заставит поверхность отражать больше энергии, чем она фактически получает.

В физической системе как зеркальный точечный свет, так и отражение от окружающей среды будут управляться одним и тем же параметром, и система будет настроена на автоматическую регулировку яркости зеркального и рассеянного компонентов для поддержания общего энергосбережения. Более того, вы хотели бы установить для зеркальной яркости реалистичное значение для материала, который вы пытаетесь смоделировать, основываясь на измерениях.

Физическое освещение или затенение включает в себя физические BRDF, которые, как правило, основаны на теории микроснимков , и физически корректный перенос света, который основан на уравнении рендеринга (хотя в случае игр в реальном времени он сильно аппроксимируется).

Это также включает необходимые изменения в художественном процессе, чтобы использовать эти функции. Переключение на физическую систему может вызвать некоторые неудобства для художников. Прежде всего, требуется полное HDR-освещение с реалистичным уровнем яркости для источников света, неба и т. Д., И это может потребовать некоторого привыкания к художникам по свету. Это также требует, чтобы художники текстур / материалов делали некоторые вещи по-другому (особенно для зеркального отражения), и они могут быть разочарованы очевидной потерей контроля (например, объединение зеркального выделения и отражения окружающей среды, как упомянуто выше; художники будут жаловаться на это). Им потребуется некоторое время и руководство, чтобы адаптироваться к физической системе.

С другой стороны, как только художники адаптируются и получают доверие к физической системе, они, как правило, предпочитают ее лучше, потому что в целом меньше параметров (меньше работы для их настройки). Кроме того, материалы, созданные в одной среде освещения, обычно хорошо смотрятся и в других условиях освещения. Это не похоже на другие специальные модели, в которых набор материальных параметров может выглядеть хорошо в дневное время, но ночью он выглядит смехотворно светящимся или что-то в этом роде.

Вот некоторые ресурсы, чтобы посмотреть на физическое освещение в играх:

• SIGGRAPH 2013 Физический курс шейдинга , в частности, предварительный доклад Нати Хоффмана в начале. Вы также можете проверить предыдущие воплощения этого курса для получения дополнительных ресурсов.
• Себастьян Лагард, Принятие физической модели шейдинга и Кормление физической модели шейдинга

И, конечно, я был бы упущен, если бы не упомянул Physar-Based Rendering от Pharr and Humphreys - удивительный справочник по этому предмету, который стоит вашего времени, хотя он сосредоточен на офлайн, а не на рендеринге в реальном времени.

«Физически правильный» означает, что результат выглядит так, как будто он будет выглядеть в реальности, при условии, что реальность будет сформирована и текстурирована одинаково. Это означает, например, что все поверхности отражают свет, в основном рассеянный, поэтому большая часть света является непрямой. Также свет может распространяться сквозь материалы.

И да, одна конкретная часть физически реалистичной молнии включает в себя правильное моделирование света, отраженного от поверхности. Фонг - это разумное приближение, но он хорошо работает только для точечных источников света, но не для источников непрямого света, которых у вас будет много в физически реалистичной сцене.

Имейте в виду, что «физически правильное» все еще является областью исследования - не только для моделирования его на компьютере, но и для реальности. Всего несколько лет назад ученые обнаружили, что некоторые отражающие кристаллы отражают вдвое больше света обратно к источнику по сравнению с другими направлениями.