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Es ist faszinierend, ein Modell in nur einem Pinselstrich mit realistischen Material zu belegen!

In diesem Abschnitt möchten wir erklären, was eigentlich Physikalisch Basiertes Rendering ist...

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Was ist Physikalisch Basiertes Rendering?

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    Bei PBR (Physikalisch Basiertes Rendering) handelt sich um die Darstellung mit Berücksichtigung einiger physikalischer Eigenschaften von Objekten. Diese Methode ermöglicht die Darstellung von Materialien wie in der realen Welt.

 

 

Wie sehen wir die Dinge um uns herum? 

    Wir können Dinge sehen, die uns umgeben, weil von der Oberfläche der Gegenstände abprallende Strahlen des Lichts unser Auge treffen. Ein Teil der Strahlen zerstreut sich und verursacht sogenannte Diffusion, der andere Teil spiegelt sich von der Oberfläche in den entgegengesetzten Winkel zur Normale der Oberfläche und verursacht eine Reflexion, die sogenannte Spiegelreflexion.

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    Metalle und Nichtmetalle (Isolatoren) spiegeln und streuen Licht unterschiedlich. Rückstrahlvermögen, Energieerhaltung, der Fresnel-Effekt und eine komplexe Struktur beeinflussen auch das visuelle Erscheinungsbild einer Oberfläche.

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Was ist der Unterschied zwischen Metallen und Isolatoren?

    Isolatoren sind Materialien, die eine ausgeprägte diffuse Streuung und schwach ausgeprägte Spiegelreflexion (Kunststoff, Stoff, Holz, Beton, Farbe usw.) haben. Durch die diffuse Streuung können wir sehen, dass der rote Kunststoff rot ist. Und durch die Reflexion können wir Glanzlichter auf der Oberfläche sehen.

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    Metalle (Stahl, Eisen, Gold, Kupfer, Messing, Silber usw.) sind Materialien ohne diffuse Streuung (ihre Diffusion ist immer schwarz), aber mit einer deutlichen farbigen Reflexion. Kupfer hat eine schwarze Diffusion und eine starke Reflexion roter Farbe. Gold dagegen hat eine schwarze Diffusion und eine knallgelbe Reflexion. Silber hat eine schwarze Diffusion und reflektiert Weiß.

 

 

 

Was ist das Rückstrahlvermögen (Albedo)? 

    Bei Albedo handelt es sich um die Energiemenge des reflektierten und gestreuten Lichts. Grob gesprochen, ist das die Farbe der Oberfläche eines Materials, die wir sehen, ganz gleich ob es ein Isolator oder ein Metall ist. Bei Isolatoren stimmen Albedo und Diffusionsfarbe überein, bei Metallen nicht. Alle Metalle haben eine schwarze Diffusion, aber wir sehen sie nicht schwarz, wegen der Reflexion. Zum Beispiel wir Gold gelb und nicht schwarz, wenn seine Diffusion erscheint. Aus diesem Grund ist Albedo für den 3D-Künstler einfacher zu verwenden.

 

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Was ist Energieerhaltung?

    Vereinfacht gesagt: je höher die Intensität der Reflexion, desto geringer die Intensität der diffusen Streuung. Das geschieht, weil die Summe der diffusen und reflektierenden Streuintensität die Intensität des auf die Oberfläche fallenden Lichtstrahls nicht übersteigen kann.

 

Was ist der Fresnel-Effekt?

    Die einfachste Beschreibung: je kleiner der Einfallswinkel des Lichts auf die Oberfläche ist, desto stärker ist an dieser Stelle die Reflexion. Alle natürlichen Materialien haben diesen Effekt. Interessanterweise reflektieren alle Materialien bei 0 Grad genau 100 Prozent des Lichts. Die visuelle Reflexion kann diesen Effekt aber aufgrund der komplexen Oberflächenstruktur nicht ganz erreichen.

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Wie beeinflusst die Materialoberflächenstruktur die Reflexion?

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    Dies kann praktisch jede Oberfläche sein - Mikro-Reliefs, winzige Poren, Verbeulungen oder Kratzer, die nur unter einem Mikroskop sichtbar sind. All dies bewirkt den Effekt der Oberflächenrauheit, also wenn die Reflexion verschwommen aussieht. Ist die Oberfläche vollkommen glatt, somit ohne Mikro-Reliefs, dann ist die Reflexion vollkommen klar und deutlich zu sehen.

 

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Und was soll jetzt der 3D-Anwender mit all dieser Physik?

    Texturierung ist nun viel einfacher! Das Prinzip der Energieerhaltung und der Fresnel-Effekt wirken ohne Interferenz. Wir brauchen nur noch 3 Texturen:

Albedo - die farbige Textur der Oberflächenfarbe.

Metallgrad - eine Schwarz-Weiß-Textur, bei der schwarze Pixel eine Isolatoroberfläche und weiße Pixel Metall definieren.

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