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PBR:应用于虚幻引擎4贴图和材质创建的启示

2019-09-16| 发布者: www.d83w.com | 查看: 1394|原作者: 东部三维网

摘要:PBR材料似乎改变了人们对夜间引擎实时渲染的理解。在游戏中,我们还可以体验生锈的金属,厚实的皮革,质地?

PBR材料似乎改变了人们对夜间引擎实时渲染的理解。在游戏中,我们还可以体验生锈的金属,厚实的皮革,质地细腻,以及从现在开始的更真实的世界。从那时起,PBR材料已经成为游戏不可或缺的“次时代”标准。

在GDCC2015中,Epic Games的高级开发人员为艺术设计师李文磊提供支持,为您提供虚拟引擎4映射和材料创建应用的灵感。

以下是语音记录:

PBR是一个新旧主题。它很早就出现在预渲染渲染器中。随着硬件,尤其是显卡的快速发展,近年来它逐渐应用于实时渲染。

今天我将与你讨论在将幻觉引擎实时渲染到PBR之后我们如何正确使用它。

PBR基于物理渲染,渲染包括光照,着色器,材质,纹理以及它们之前的交互方式。今天的演讲主要分为三个部分。 1.真实世界的光,材料以及它们如何相互作用。 2.如何在UE4中模拟现实世界。我们应该做的是对的。

要学习如何使用PBR,我们首先需要了解PBR是什么。我们需要将这些PBR材料与其在现实世界中的独特属性分开,因此我们需要了解光,表面材料以及光与材料的相互作用。

光线包括颜色,亮度,衰减,强度,形状等主要属性。在现实世界中,总有多个光源,除非它们位于宇宙的深处。

我们称之为可以发光作为直接光源的物体,并且仅自身发光并且仅反弹其他光源的物体被称为非直接光源。分析这幅画,从艺术的角度我们将他分为主光,辅助光,装饰光。虽然天空已晚,但主要的光仍然来自天空,天空的光线来自太阳的散射,所以主要的光线来自天空的直射光线

灯光来自路灯和大型城市照明。这些灯中的大多数也是反射光,而不是灯泡光源直接照射。因此,前景中的人物基本上处于天窗环境中的低光,低照度照明环境中

那么自然界中的材料如何与光相互作用呢?在光线照射到物体表面后,它会反射或继续折射。折射光被吸收(通常转换成热量)或离散。吸收光的行为不会发生在表面上,而是发生在次表面上,或者内部反射不会产生任何颜色。

吸收会降低光线强度,吸收特定光谱的光线,剩余的光线会改变颜色,但方向不会改变

离散方向改变后,强度不会改变。对于绝缘体和导体,两者之间的相互作用是完全不同的。

绝缘体(即非金属)的反射率通常较低,通常为2%至8%左右。大部分光被折射,折射光被吸收或重新分布。这部分折射的光吸收率与材料的亮度有关,暗吸收越多,光吸收越少;散射光的颜色取决于物体的表面颜色;

对于导体,即金属,反射率通常很高,达到70%-100%,因此大部分光以镜面反射的形式反弹回来。折射后一小部分光被完全吸收(光是被导体吸收的粒子),不同的金属吸收不同波长的光,导致镜面反射光有颜色;

漫反射和镜面反射:漫反射是反射光的随机,不一致的方向;镜面反射是一个方向。镜面反射根据物体表面的粗糙度显示不同的结果。但无论光滑度和粗糙度如何,反射的总能量都是相同的,并且光反射后的强度不会改变。漫射是被折射的光的表达。光从一种介质进入另一种介质,并在多次散射后从入射点附近的位置散射回原始介质。除了在扩散过程中光的散射光之外,它被吸收(转换成热量)。当光进入介质不深时,可以忽略入口点和出口点之间的差异。具有高光散射但吸收弱的材料有时指的是介质或透明材料。如烟,牛奶,皮,玉,大理石等。

在更微妙的层面上,例如显微镜,微表面是物体表面的细微不规则性。根据不同的工艺,它可以称为粗糙度,光滑度和光泽度。表面不规则程度实际上对于慢反射在视觉上是不重要的,因为扩散的分散和吸收过程发生在材料内而不是表面上。

微表面理论基于物体表面的细微不规则性。可以把它想象成许多不同方向的面孔。这些面称为微表面。这些入射角的光线不同,反弹后的角度不同,有些地方被遮挡,有些地方会产生阴影,这会产生视觉模糊的反射

引擎中的阴影计算引入了各种功能理论模型来近似模拟性质的物理现象。

我们可以使用BRDF来了解UE4的模拟方式。

BRDF双向反射分布函数(双向

反射率分布函数(BRDF)场景中的光照亮从材料表面反射到视点的光强度计算方法函数,以定义材料属性。它描述了入射光在被表面反射后如何在各种出射方向上反射,这可以从理想的镜面反射到漫反射

在UE4 PBS中引入了各种BRDF理论模型,并且还可以在着色器中选择默认模型,这最终需要效率和效果的最佳组合。

通过一些简单的参数,我们可以使用引擎来区分不同类型材料的反射特性。

在UE4材料中,每个输入都有自己的特征,它们的组合成为具有不同属性的物理材料。

通过简单调整金属参数,我们可以轻松区分两种完全不同的材料。

物体表面的反射特性也是非常重要的参数。通过这张图片,我们可以非常清楚地区分。

那么如何制作高质量的PBR材料,如何选择使用的工具,如何设置光源?

首先,观察生活中的真实物体是一个非常重要的部分。它可以让您基本了解不同材料应使用的不同属性。在设计过程中,我们将有一些描述性的词语来清楚地解释目标素材的属性(文本+图像),描述词汇包括

材料类型:钢,塑料,铁,玻璃,油漆

材料亮度颜色

材料表面处理:抛光,抛光,哑光

材料环境影响细节:生锈,划伤,凹凸,脏污,油腻,油漆剥落,尘土飞扬,全新

将此信息转换为UE的材料属性,材料类型信息以区分金属或非金属,材料亮度和颜色来定义BaseColor,与粗糙度相关的表面处理,环境影响复杂多变,涉及多个通道以上。

例如,脏金属表面接触油漆:油漆掉落的部分是金属,未掉落的部分是油漆,材料类型与特殊性的定义不同;凹凸信息来自法线贴图,粗糙度贴图;旧的和新的它也会影响镜面反射的数量和连续性,并且与粗糙度图有关

在项目开始之前提出几个问题:

1。

材料需要共享吗?

2。

材料的准确度是高吗?

3。

材料是否需要统一管理才能快速迭代?

4。

需要定制或允许更改外观?

5。

效率/记忆:材料有多复杂?纹理支撑多少?

6。

你需要重用吗?

7。

CG还是Game?

8。

需要改变纹理?

9。

记忆有多大?

10.客户规模?

11.编辑器内部或外部

12.其他问题

通过创建差异化材料,我们可以区分模型的不同区域。区分大面积材料的重要性在于物体具有多种材料。它必须有一个面具来区分它们。可以方便地随时修改不同材料区域的地图,并且可以改变发动机中不同区域的材料,从而进一步提高表面质量。添加细节以提供差异化渠道

区分材料的信息是灰度,并且可以在RGBA图的每个通道中放置不同的区域;根据材料的数量,它可以是单个或多个。

在现实世界中,每种材料都有许多细节,接下来,为材料添加更多细节,如划痕,污渍,环境元素等。这些信息来自模型波动,法线,可以手动选择;通常由某些工具软件生成,这些工具软件只能比较根。根据现有的模型信息,可以判断和生成自然细节。

材料区分通道和细节材料区分通道是混合的。由于材料区分通道和细节材料区分通道是分开的,因此它们提供更大的混合自由度。这种自由可以表示细节可以出现或被屏蔽的区域。

现在我们可以看到市场上的大量工具可以帮助完成UE4中PBR材料的生产。这里我们列出一些主流的支持工具。

制作过程分为三个部分,从高低模式创建NormalMap,ID Mask,AO和Cavity。然后在上面添加必要的细节,最后导入UE4。

在这里,我们可以使用这些工具添加细节贴图,并将它们合并到引擎中,使材质更逼真。

通过这些步骤,我们可以表示多层材料

1、

导入:主蒙版,细节蒙版,

法线贴图,AO,空洞

2、

创建基本材质,包括在基本材质中添加详细信息的可能性

3、

创建母材质并混合母材质

4、

添加更多更改:图案、湿度/孔隙率

5、

创建材质实例

纹理贴图全部完成了吗?还没结束呢。PBR照明的关键之一:创建一个真实的照明环境。(我这里不谈艺术照明环境,只讲真话)

真正的照明包括直射光、间接光和hdr。光线半径范围内的物体表面直接被光线照亮,并具有高光点;范围内的任何照明(包括漫反射和镜面反射)。

在现实世界中,没有照明理论的范围。尽管照度随距离的增加而降低,但它总是有影响的,特别是对镜面反射。

这种反射需要用ue4中的高动态环境反射图来表示,这是ibl的一种照明方法。

在灯光的支持下,第二代PBR材料武器正式亮相。

PBR材料是未来的标准。在将传统材料转换为PBR材料的过程中,我们将遇到许多挑战。传统纹理到PBR纹理没有一键转换工具,因为一些信息计算机无法猜测,或者它们需要是主观的。目前有两种类型的PBR流程图转换工具可用。

当前灯光具有直接光线,阴影,间接光线,间接反射等,因此您无需在纹理上绘制光线信息,只需专注于表达材质属性即可。我们不需要绘制高光颜色(反色)来实现白色外观;线性空间渲染意味着基色的亮度范围约为30-50至180-250

能量守恒不会增加或减少高光变化的方式。无需手动调整纹理,使粗糙的高光变暗,光滑的高光很明亮。这时,您需要使用现有信息或修改生成的粗糙度,Cavity:来定义微表面的变化。

通过这种调整,我们可以将传统材料转换为PBR材料。为我们的游戏添加更好的纹理。



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