This translation is community contributed and may not be up to date. We only maintain the English version of the documentation. Read this manual in English
Фізично обґрунтований рендеринг (PBR)
Фізично обґрунтований рендеринг (Physically Based Rendering, PBR) — це підхід до затінення, що моделює взаємодію світла з поверхнями на основі фізичних принципів реального світу. Він забезпечує узгоджене, реалістичне освітлення в різних середовищах і коректний вигляд ресурсів за широкого діапазону умов освітлення.
Реалізація PBR у Defold відповідає специфікації матеріалів glTF 2.0 та пов’язаним розширенням Khronos. Під час імпорту ресурсів glTF у Defold властивості матеріалів автоматично зчитуються та зберігаються як структуровані дані матеріалів, доступні в шейдерах під час виконання.
Матеріали PBR можуть містити такі ефекти, як металеві відбиття, шорсткість поверхні, світлопропускання, прозоре покриття, підповерхневе розсіювання, іризація тощо.
Наразі Defold надає шейдерам доступ до даних матеріалів PBR, але не має вбудованої моделі освітлення PBR. Ви можете використовувати ці дані у власних шейдерах освітлення та відбиття для фізично обґрунтованого рендерингу. Стандартну модель освітлення PBR буде додано до Defold пізніше.
Вбудовані текстури з файлів glTF наразі не призначаються в Defold автоматично. Шейдерам доступні лише параметри матеріалів. Ви все одно можете вручну призначати текстури компонентам моделі та зчитувати з них значення у своєму шейдері.
Огляд властивостей матеріалів
Властивості матеріалів зчитуються з вихідних файлів glTF 2.0, призначених компоненту моделі. Не всі властивості є стандартними. Деякі надаються через необов’язкові розширення glTF, які засіб експорту файлу glTF може включати або не включати. Нижче відповідне розширення вказано в дужках після назви властивості.
- Металевість і шорсткість
- Описує взаємодію світла з матеріалом. Стандартна модель PBR.
- Дзеркальне відбиття й глянцевість (KHR_materials_pbrSpecularGlossiness)
- Альтернатива металевості й шорсткості. Часто використовується в старіших ресурсах.
- Прозоре покриття (KHR_materials_clearcoat)
- Додає шар прозорого покриття з власною шорсткістю та картою нормалей.
- Показник заломлення (KHR_materials_ior)
- Додає показник заломлення.
- Дзеркальне відбиття (KHR_materials_specular)
- Додає окремий канал інтенсивності та кольору дзеркального відбиття.
- Іризація (KHR_materials_iridescence)
- Імітує тонкоплівкову інтерференцію для таких матеріалів, як мильні бульбашки або перли.
- Полиск (KHR_materials_sheen)
- Моделює відбиття на мікроповерхні, подібній до тканини.
- Світлопропускання (KHR_materials_transmission)
- Моделює пропускання світла для прозорих або склоподібних матеріалів.
- Об’єм (KHR_materials_volume)
- Підтримує об’ємні ефекти, як-от товщина та ослаблення світла.
- Сила випромінювання (KHR_materials_emissive_strength)
- Керує яскравістю випромінювання незалежно від базового кольору.
- Карта нормалей
- Карта нормалей для деталізації поверхні.
- Карта оклюзії
- Карта оклюзії навколишнього освітлення.
- Карта випромінювання
- Текстура власного випромінювання для поверхонь, що світяться.
- Коефіцієнт випромінювання
- Множник RGB для інтенсивності випромінювання
- Поріг відсікання альфа-каналу
- Поріг для прозорості за маскою.
- Режим альфа-каналу
- Режими прозорості Opaque, Masked або Blended.
- Двосторонній рендеринг
- Якщо значення дорівнює true, виконується рендеринг обох боків поверхні.
- Без освітлення
- Якщо значення дорівнює true, матеріал оминає обчислення освітлення.
Деякі з цих властивостей підказують, як слід виконувати рендеринг матеріалу. Дані властивостей (поріг відсікання альфа-каналу, режим альфа-каналу, двосторонній рендеринг і відсутність освітлення) доступні в шейдерах, але не впливають на спосіб рендерингу матеріалу в Defold.
Інтеграція з шейдерами
Дані матеріалів PBR стають доступними шейдерам на основі типів і правил іменування. Система матеріалів PBR надає шейдерам усі зчитані параметри матеріалів через структурований блок uniform із назвою PbrMaterial. Кожному підтримуваному розширенню glTF відповідає структура в цьому блоці, яку можна компілювати умовно за допомогою прапорців #define.
uniform PbrMaterial
{
// Material properties
};
Різні можливості матеріалу визначаються в шейдері як фіксовані структури. Дані максимально упаковано у vec4, оскільки саме так константи задаються всередині Defold. Там, де дані упаковано, це зазначено в коментарях у наведених нижче фрагментах шейдера для кожної можливості:
struct PbrMetallicRoughness
{
vec4 baseColorFactor;
// R: metallic (Default=1.0), G: roughness (Default=1.0)
vec4 metallicAndRoughnessFactor;
// R: use baseColorTexture, G: use metallicRoughnessTexture
vec4 metallicRoughnessTextures;
};
struct PbrSpecularGlossiness
{
vec4 diffuseFactor;
// RGB: specular (Default=1.0), A: glossiness (Default=1.0)
vec4 specularAndSpecularGlossinessFactor;
// R: use diffuseTexture, G: use specularGlossinessTexture
vec4 specularGlossinessTextures;
};
struct PbrClearCoat
{
// R: clearCoat (Default=0.0), G: clearCoatRoughness (Default=0.0)
vec4 clearCoatAndClearCoatRoughnessFactor;
// R: use clearCoatTexture, G: use clearCoatRoughnessTexture, B: use clearCoatNormalTexture
vec4 clearCoatTextures;
};
struct PbrTransmission
{
// R: transmission (Default=0.0)
vec4 transmissionFactor;
// R: use transmissionTexture
vec4 transmissionTextures;
};
struct PbrIor
{
// R: ior (Default=0.0)
vec4 ior;
};
struct PbrSpecular
{
// RGB: specularColor, A: specularFactor (Default=1.0);
vec4 specularColorAndSpecularFactor;
// R: use specularTexture, G: use specularColorTexture
vec4 specularTextures;
};
struct PbrVolume
{
// R: thicknessFactor (Default=0.0), RGB: attenuationColor
vec4 thicknessFactorAndAttenuationColor;
// R: attentuationDistance (Default=-1.0)
vec4 attenuationDistance;
// R: use thicknessTexture
vec4 volumeTextures;
};
struct PbrSheen
{
// RGB: sheenColor, A: sheenRoughnessFactor (Default=0.0)
vec4 sheenColorAndRoughnessFactor;
// R: use sheenColorTexture, G: use sheenRoughnessTexture
vec4 sheenTextures;
};
struct PbrEmissiveStrength
{
// R: emissiveStrength (Default=1.0)
vec4 emissiveStrength;
};
struct PbrIridescence
{
// R: iridescenceFactor (Default=0.0), G: iridescenceIor (Default=1.3), B: iridescenceThicknessMin (Default=100.0), A: iridescenceThicknessMax (Default=400.0)
vec4 iridescenceFactorAndIorAndThicknessMinMax;
// R: use iridescenceTexture, G: use iridescenceThicknessTexture
vec4 iridescenceTextures;
};
Спільні властивості задаються в самому блоці uniform матеріалу (і знову зверніть увагу на пакування даних у vec4).
// Common textures
uniform sampler2D PbrMaterial_normalTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_occlusionTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_emissiveTexture;
uniform PbrMaterial
{
// Common properties:
// R: alphaCutoff (Default=0.5), G: doubleSided (Default=false), B: unlit (Default=false)
vec4 pbrAlphaCutoffAndDoubleSidedAndIsUnlit;
// R: use normalTexture, G: use occlusionTexture, B: use emissiveTexture
vec4 pbrCommonTextures;
// Other properties...
};
Приклад шейдера
Ось приклад шейдера, який містить усі можливості та запропоновану схему іменування прив’язок текстур (нагадуємо, що їх потрібно задавати вручну). Зауважте, що ви можете вимикати можливості, просто використовуючи #define навколо кожного поля самого PbrMaterial, як показано в прикладі нижче:
// Feature flags, comment or remove these to slim down the shader.
#define PBR_METALLIC_ROUGHNESS
#define PBR_SPECULAR_GLOSSINESS
#define PBR_CLEARCOAT
#define PBR_TRANSMISSION
#define PBR_IOR
#define PBR_SPECULAR
#define PBR_VOLUME
#define PBR_SHEEN
#define PBR_EMISSIVE_STRENGTH
#define PBR_IRIDESCENCE
// Common
uniform sampler2D PbrMaterial_normalTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_occlusionTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_emissiveTexture;
// PbrMetallicRoughness
uniform sampler2D PbrMetallicRoughness_baseColorTexture;
uniform sampler2D PbrMetallicRoughness_metallicRoughnessTexture;
struct PbrMetallicRoughness
{
vec4 baseColorFactor;
// R: metallic (Default=1.0), G: roughness (Default=1.0)
vec4 metallicAndRoughnessFactor;
// R: use baseColorTexture, G: use metallicRoughnessTexture
vec4 metallicRoughnessTextures;
};
// PbrSpecularGlossiness
uniform sampler2D PbrSpecularGlossiness_diffuseTexture;
uniform sampler2D PbrSpecularGlossiness_specularGlossinessTexture;
struct PbrSpecularGlossiness
{
vec4 diffuseFactor;
// RGB: specular (Default=1.0), A: glossiness (Default=1.0)
vec4 specularAndSpecularGlossinessFactor;
// R: use diffuseTexture, G: use specularGlossinessTexture
vec4 specularGlossinessTextures;
};
// PbrClearCoat
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatTexture;
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatRoughnessTexture;
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatNormalTexture;
struct PbrClearCoat
{
// R: clearCoat (Default=0.0), G: clearCoatRoughness (Default=0.0)
vec4 clearCoatAndClearCoatRoughnessFactor;
// R: use clearCoatTexture, G: use clearCoatRoughnessTexture, B: use clearCoatNormalTexture
vec4 clearCoatTextures;
};
// PbrTransmission
uniform sampler2D PbrTransmission_transmissionTexture;
struct PbrTransmission
{
// R: transmission (Default=0.0)
vec4 transmissionFactor;
// R: use transmissionTexture
vec4 transmissionTextures;
};
struct PbrIor
{
// R: ior (Default=0.0)
vec4 ior;
};
// PbrSpecular
uniform sampler2D PbrSpecular_specularTexture;
uniform sampler2D PbrSpecular_specularColorTexture;
struct PbrSpecular
{
// RGB: specularColor, A: specularFactor (Default=1.0);
vec4 specularColorAndSpecularFactor;
// R: use specularTexture, G: use specularColorTexture
vec4 specularTextures;
};
// PbrVolume
uniform sampler2D PbrVolume_thicknessTexture;
struct PbrVolume
{
// R: thicknessFactor (Default=0.0), RGB: attenuationColor
vec4 thicknessFactorAndAttenuationColor;
// R: attentuationDistance (Default=-1.0)
vec4 attenuationDistance;
// R: use thicknessTexture
vec4 volumeTextures;
};
// PbrSheen
uniform sampler2D PbrSheen_sheenColorTexture;
uniform sampler2D PbrSheen_sheenRoughnessTexture;
struct PbrSheen
{
// RGB: sheenColor, A: sheenRoughnessFactor (Default=0.0)
vec4 sheenColorAndRoughnessFactor;
// R: use sheenColorTexture, G: use sheenRoughnessTexture
vec4 sheenTextures;
};
struct PbrEmissiveStrength
{
// R: emissiveStrength (Default=1.0)
vec4 emissiveStrength;
};
// PbrIridescence
uniform sampler2D PbrEmissive_iridescenceTexture;
uniform sampler2D PbrEmissive_iridescenceThicknessTexture;
struct PbrIridescence
{
// R: iridescenceFactor (Default=0.0), G: iridescenceIor (Default=1.3), B: iridescenceThicknessMin (Default=100.0), A: iridescenceThicknessMax (Default=400.0)
vec4 iridescenceFactorAndIorAndThicknessMinMax;
// R: use iridescenceTexture, G: use iridescenceThicknessTexture
vec4 iridescenceTextures;
};
uniform PbrMaterial
{
// Common properties
// R: alphaCutoff (Default=0.5), G: doubleSided (Default=false), B: unlit (Default=false)
vec4 pbrAlphaCutoffAndDoubleSidedAndIsUnlit;
// R: use normalTexture, G: use occlusionTexture, B: use emissiveTexture
vec4 pbrCommonTextures;
// Features
#ifdef PBR_METALLIC_ROUGHNESS
PbrMetallicRoughness pbrMetallicRoughness;
#endif
#ifdef PBR_SPECULAR_GLOSSINESS
PbrSpecularGlossiness pbrSpecularGlossiness;
#endif
#ifdef PBR_CLEARCOAT
PbrClearCoat pbrClearCoat;
#endif
#ifdef PBR_TRANSMISSION
PbrTransmission pbrTransmission;
#endif
#ifdef PBR_IOR
PbrIor pbrIor;
#endif
#ifdef PBR_SPECULAR
PbrSpecular pbrSpecular;
#endif
#ifdef PBR_VOLUME
PbrVolume pbrVolume;
#endif
#ifdef PBR_SHEEN
PbrSheen pbrSheen;
#endif
#ifdef PBR_EMISSIVE_STRENGTH
PbrEmissiveStrength pbrEmissiveStrength;
#endif
#ifdef PBR_IRIDESCENCE
PbrIridescence pbrIridescence;
#endif
};
Якщо в структурі матеріалу не знайдено певних полів даних, дані відповідних можливостей не буде задано. Наприклад, якщо в структурі матеріалу немає pbrClearCoat, дані прозорого покриття не буде задано. Якщо блок uniform не знайдено, під час рендерингу не буде задано жодних даних.
Константи
Кожній властивості матеріалу відповідає внутрішня константа рендерингу в Defold. Ви можете перевизначити стандартні значення, задавши константи в самому ресурсі матеріалу за схемою іменування pbrFeature.structMember. Ці значення буде застосовано автоматично, якщо відповідні дані відсутні в матеріалі glTF.
Наступні кроки
Щоб використовувати дані матеріалів для фізично обґрунтованого освітлення, реалізуйте BRDF у своєму фрагментному шейдері, використовуючи параметри з блоку PbrMaterial.
Див. також: