Zuverlässige Metallic-Roughness-PBR-Materialien erstellen

Eingaben als Materialinformation behandeln

Ein Metallic-Roughness-Workflow ist nützlich, weil sich mit wenigen Eingaben viele opake Oberflächen beschreiben lassen. Er erfordert dennoch diszipliniertes Arbeiten. Enthält eine Textur Glanzlichter von der Fotografie, aus der sie entstanden ist, kommt zur Laufzeit durch das Licht ein weiteres Glanzlicht hinzu. Am Anfang sollten eine Materialhypothese und eine kontrollierte Inspektionsszene stehen, statt die Maps so lange anzupassen, bis ein einzelner Screenshot gut aussieht.

Die Bedeutung der Parameter verstehen

Im Standardmodell beschreibt die Basisfarbe (Base Colour) bei Dielektrika die diffuse Farbe und bei Metallen die spekulare Farbe. Metallic wählt zwischen diesen beiden Reaktionen aus; Roughness verändert die Verteilung der Reflexion an der Mikrooberfläche. Ein energiebewusster Shader stimmt diffuse und spekulare Anteile aufeinander ab, sodass die Reflexion keine Energie erzeugt. [1]

Die Dateikonventionen spielen eine Rolle. glTF speichert die RGB-Werte der Basisfarbe mit der sRGB-Transferfunktion, während die Metallic-Roughness-Textur lineare Daten enthält: Roughness im G-Kanal, Metallic im B-Kanal. [2] Andere Pipelines können anders packen; die tatsächlich verwendete Importkonvention ist zu dokumentieren.

Beispiel: eine lackierte Kiste

Am Beispiel einer Stahlkiste werden blauer Lack, freiliegende Kratzer und Rost getrennt. Als Ausgangswerte dienen Metallic 0 für den opaken Lack und den Rost sowie Metallic 1 für den freiliegenden Stahl. Für Roughness werden entsprechend 0,65, 0,25 und 0,9 ausprobiert. Es handelt sich um von Hand gewählte Probewerte, nicht um gemessene Materialkonstanten.

Die Kratzermaske ist sowohl aus der Nähe als auch in der Distanz zu prüfen, aus der sie im Spiel typischerweise gesehen wird. Zwischenwerte bei Metallic können gefilterte Übergänge zwischen Bereichen darstellen; setzt man dagegen die ganze lackierte Fläche auf Metallic 0,5, verändert sich ihr Verhalten überall. Eine Kopie mit konstanter Roughness hilft zu unterscheiden, ob ein Klassifikationsfehler vorliegt oder die Oberflächendetails schlicht zu unruhig sind.

Ein wiederholbares Vorgehen festlegen

Zuerst wird jeder importierte Kanal als Graustufendaten untersucht und mit dem Quellbild verglichen. Danach wird bei fester Belichtung ein breites Licht um das Asset gedreht. Dasselbe Material ist ausserdem in einer Umgebung zu prüfen, die sowohl helle als auch dunkle Bereiche enthält; eine gleichförmige Umgebung verdeckt die Struktur der Reflexion.

Die Normal-Details werden vorübergehend deaktiviert und erst wieder zugeschaltet, wenn das Grundverhalten stabil ist. Eine glatte Referenzkugel neben dem Asset dient als Vergleich. Zum Schluss wird ein kleines Testmaterial exportiert und erneut importiert, um Kanalpackung und Farbinterpretation zu verifizieren, bevor die gesamte Asset-Sammlung verarbeitet wird.

Wissen, was das Modell auslässt

Ein kompaktes Materialmodell kann nicht jede gemessene Oberfläche abbilden. Disneys ursprüngliche Entwicklung hat beobachtetes Materialverhalten ausdrücklich gegen handhabbare künstlerische Steuerungsmöglichkeiten abgewogen. [3] Für geschichtete Beschichtungen, Transmission, Anisotropie und Subsurface-Effekte können zusätzliche Modelle nötig sein.

Fehlende Beleuchtung darf nicht ausgeglichen werden, indem sie in die Basisfarbe gemalt wird. Zu dokumentieren ist, welche Erscheinung eine Materialeigenschaft ist, welche aus der Beleuchtung stammt und welche eine bewusste künstlerische Annäherung darstellt. Diese Dokumentation erleichtert es, spätere Änderungen am Renderer zu diagnostizieren.

Quellen

• [1] Physically Based Rendering in Filament — Google Filament.
• [2] glTF 2.0 material specification — Khronos Group.
• [3] Physically Based Shading at Disney — Brent Burley, Walt Disney Animation Studios.