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Dies ist ein viel größeres Thema, als in einer Antwort behandelt werden kann, aber kurz:
Physikalisch basierte Schattierung bedeutet, phänomenologische Modelle wie das Phong-Schattierungsmodell zurückzulassen, die einfach so konstruiert sind, dass sie subjektiv "gut aussehen", ohne in irgendeiner Weise auf Physik zu basieren, und zu Beleuchtungs- und Schattierungsmodellen überzugehen, die aus den Gesetzen von abgeleitet sind Physik und / oder aus tatsächlichen Messungen der realen Welt, und befolgen Sie streng physikalische Einschränkungen wie Energieeinsparung.
In vielen älteren Rendering-Systemen enthielten Schattierungsmodelle beispielsweise separate Steuerelemente für Glanzlichter aus Punktlichtern und die Reflexion der Umgebung über eine Cubemap. Sie können einen Shader erstellen, bei dem das Spiegelbild und die Reflexion auf völlig unterschiedliche Werte eingestellt sind, obwohl beide Instanzen desselben physischen Prozesses sind. Darüber hinaus können Sie das Spiegelbild auf eine beliebige Helligkeit einstellen, selbst wenn dadurch die Oberfläche mehr Energie reflektiert als tatsächlich empfangen wird.
In einem physikalisch basierten System würden sowohl die Punktlichtspiegelung als auch die Umgebungsreflexion durch denselben Parameter gesteuert, und das System würde so eingerichtet, dass die Helligkeit sowohl der Spiegel- als auch der diffusen Komponenten automatisch angepasst wird, um die Gesamtenergieeinsparung aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus möchten Sie die Spiegelhelligkeit auf einen realistischen Wert für das Material einstellen, das Sie simulieren möchten, basierend auf Messungen.
Physikalisch-basierte Beleuchtung oder Beschattung umfasst physikalisch basierte BRDF, die sich auf in der Regel basieren Microfacet Theorie und physikalisch korrekte Lichttransport, die auf der Basis Rendering Gleichung (obwohl stark im Falle von Echtzeit - Spiele angenähert).
Es enthält auch die notwendigen Änderungen im Kunstprozess, um diese Funktionen nutzen zu können. Der Wechsel zu einem physisch basierten System kann für Künstler einige Probleme verursachen. Zuallererst erfordert es eine vollständige HDR-Beleuchtung mit einer realistischen Helligkeit für Lichtquellen, den Himmel usw., und dies kann für die Lichtkünstler etwas gewöhnungsbedürftig sein. Es erfordert auch, dass Textur- / Materialkünstler einige Dinge anders machen (insbesondere bei Spiegelkünstlern), und sie können durch den offensichtlichen Kontrollverlust frustriert sein (z. B. das Zusammenhängen des Spiegelhighlights und der Umgebungsreflexion wie oben erwähnt; Künstler werden sich darüber beschweren). Sie benötigen einige Zeit und Anleitung, um sich an das physisch basierte System anzupassen.
Positiv zu vermerken ist, dass Künstler, sobald sie sich an das physisch basierte System angepasst haben und Vertrauen in dieses gewonnen haben, es normalerweise besser mögen, weil es insgesamt weniger Parameter gibt (weniger Arbeit für sie, um sie zu optimieren). Materialien, die in einer Beleuchtungsumgebung erstellt wurden, sehen im Allgemeinen auch in anderen Beleuchtungsumgebungen gut aus. Dies ist anders als bei anderen Ad-hoc-Modellen, bei denen eine Reihe von Materialparametern tagsüber gut aussehen kann, nachts jedoch lächerlich hell leuchtet oder so ähnlich.
Hier sind einige Ressourcen, die Sie für die physische Beleuchtung in Spielen betrachten sollten:
Und natürlich wäre ich mir nicht sicher, wenn ich nicht das physikalisch basierte Rendern von Pharr und Humphreys erwähnen würde , eine erstaunliche Referenz zu diesem ganzen Thema und Ihre Zeit wert, obwohl es sich eher auf Offline-Rendering als auf Echtzeit-Rendering konzentriert.
"Physikalisch korrekt" bedeutet, dass das Ergebnis so aussieht, als würde es in der Realität aussehen, vorausgesetzt, die Realität würde gleich geformt und strukturiert. Das bedeutet zum Beispiel, dass alle Oberflächen Licht reflektieren, meistens diffus, so dass das meiste Licht indirekt ist. Licht kann auch durch Materialien wandern.
Und ja, ein spezifischer Teil eines physikalisch realistischen Blitzes beinhaltet die korrekte Modellierung des von einer Oberfläche reflektierten Lichts. Phong ist eine vernünftige Annäherung, funktioniert aber nur für Punktlichtquellen - also nicht für indirekte Lichtquellen, die Sie in einer physikalisch realistischen Szene häufig haben.
Denken Sie daran, dass "physisch korrekt" immer noch ein Forschungsbereich ist - nicht nur, wie man es in einem Computer modelliert, sondern auch in der Realität. Erst vor wenigen Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass einige reflektierende Kristalle im Vergleich zu anderen Richtungen doppelt so viel Licht zur Quelle zurückreflektieren.