PBR en Element 3D v2 (parte 1)

¿Qué es PBR?

Physical Based Rendering es un concepto diferente a la hora de tratar con los materiales al que estamos acostumbrados en ciertos programas de 3D basados en los modelos Lambert/Blinn-Phong.

Los shaders han mejorado su rendimiento en tiempo real y ahora son capaces de representar ciertos fenómenos lumínicos antes impensables. Esta mejora ha permitido que podamos prescindir de algunos de los efectos que antes plasmábamos en canales como el difuso, reflexión y especular. Los canales resultantes son más puros, no contienen información innecesaria. Por ello, un material PBR (bien calibrado) se adaptará a cualquier tipo de iluminación. Ya tenemos la base para un sistema PBR.

pbr

Dos materiales PBR en Element3D v2

Dos ejemplos rápidos antes de meternos en el tema. En PBR el canal diffuse es más limpio, sin ninguna iluminación direccional ni oclusión ambiental y las rascadas no van en el canal de reflexión, sinó en el de glossiness.

Como podemos apreciar, la mecánica es la misma que antes, con texturas aplicadas a los canales a modo de máscara pero con un concepto diferente en cuanto a cuál es la información que tiene que ir en un canal u otro, consiguiendo que el material se comporte de una manera realista en infinidad de situaciones. Ésta es la finalidad de un sistema PBR: la consistencia.

Element 3D v2 se aprovecha del sistema PBR y sus shaders en tiempo real para una integración del 3D dentro de After Effects con una calidad y facilidad sin precedentes. Quien trabaja en el cálculo de los shaders en tiempo real es la tarjeta gráfica, de aquí su velocidad de render. Si váis a utilizar el plugin intensivamente, actualizadla.

Existen diferentes sistemas PBR que usan diferentes configuraciones de canales pero el concepto siempre será el mismo. Element 3D v2 utiliza el sistema PBR specular/glossiness.

Standard (antiguo)

  • Diffuse
  • Specular
  • Reflectance
  • Normal

PBR Disney

  • Base Color
  • Metalness
  • Roughness
  • Normal

PBR Specular

  • Diffuse/Albedo
  • Specular
  • Glossiness
  • Normal

Los 3 pilares de un sistema PBR.

1. Diffuse y Specular

Cuando la luz toca una superfície, se divide en dos direcciones. Una parte de ella es reflejada inmediatamente mientras que el resto se refracta y entra en la superficie. Esta luz refractada puede ser absorbida (calor) o dispersada por la superficie y rebotando en un lugar diferente al inicial. A la luz rebotada le llamamos comunmente specular y a la luz refractada, diffuse.

2. Conservación de energía

Una de las claves que se tienen en cuenta en un sistema PBR es la conservación de energía. Derivado del concepto anterior, nos basamos en que la luz que rebota un objeto no puede ser nunca más brillante que la que ha recibido originalmente. En resumen, que la reflexión y la difusión son dos caras de la misma moneda y son exclusivas. Los objetos muy reflectantes casi no tendrán luz difusa y los objetos con una difusión brillante, no serán especialmente reflectantes.

energyconservation

Reflectivity: 20% (más color difuso) / 80% (color difuso tendiendo a negro)

3. Microsuperficie

Otro de los pilares en los que se basa PBR, también derivado del primer concepto, es que TODO tiene specular, todo refleja. En el mundo real, el material del que está hecho el objeto mantiene constante su capacidad reflexiva y son los cambios en la superficie del objeto (rascadas, huellas, oxido, etc.) los que crean especulares más grandes y dispersos o más nítidos y concentrados.

El gloss map es pues, una de las texturas más importantes en el sistema PBR ya que es donde representamos esa variación de la superficie, manteniendo la energía pero jugando con intensidad y dispersión de los brillos. Con él podemos dar vida a ese material como por ejemplo, partes que reflejen más y partes que reflejen menos por el desgaste.

gloss

Glossines: 100% / 50%

En las otras dos partes veremos primero los tipos de materiales (dieléctricos y conductores) y luego los canales que usa Element 3D v2 para representar un material PBR.