Créer des matériaux PBR metallic-roughness fiables

Traiter les entrées comme de l'information matériau

Un workflow metallic-roughness est utile parce qu'un petit nombre d'entrées suffit à décrire de nombreuses surfaces opaques. Il exige néanmoins une méthode d'authoring rigoureuse. Si une texture contient les reflets de la photographie qui a servi à la créer, la lumière du runtime ajoute un second reflet. Il faut partir d'une hypothèse sur le matériau et d'une scène d'inspection contrôlée, plutôt que d'ajuster les maps jusqu'à ce qu'une seule capture d'écran paraisse satisfaisante.

Comprendre le contrat des paramètres

Dans le modèle standard, la couleur de base (base colour) décrit la couleur diffuse d'un diélectrique ou la couleur spéculaire d'un métal. Le paramètre metallic détermine laquelle de ces deux réponses s'applique ; roughness modifie la distribution de la réflexion due à la microsurface. Un shader qui respecte la conservation de l'énergie coordonne les termes diffus et spéculaire afin que la réflexion ne crée pas d'énergie. [1]

Les conventions de fichier comptent. glTF stocke le RVB de la couleur de base avec la fonction de transfert sRGB, alors que sa texture metallic-roughness contient des données linéaires : roughness dans le canal G et metallic dans le canal B. [2] D'autres pipelines peuvent utiliser un autre agencement des canaux ; il faut consigner le contrat d'import réellement appliqué.

Étude d'un exemple : une caisse peinte

Prenons comme exemple une caisse en acier : on y sépare la peinture bleue, les rayures laissant le métal à nu et la rouille. On part de metallic 0 pour la peinture opaque et la rouille, et de metallic 1 pour l'acier à nu. On essaie respectivement des valeurs de roughness de 0,65, 0,25 et 0,9. Ce sont des valeurs d'essai choisies lors de l'authoring, et non des constantes de matériau mesurées.

Il faut inspecter le masque des rayures de près, puis à la distance de jeu habituelle. Des valeurs metallic intermédiaires peuvent représenter les transitions filtrées entre deux régions ; en revanche, mettre tout le panneau peint à metallic 0,5 modifie sa réponse partout. Il est utile de conserver une copie avec une roughness constante, pour distinguer une erreur de classification d'un détail de surface trop chargé.

Établir une procédure reproductible

On commence par inspecter chaque canal importé comme une donnée en niveaux de gris et par le comparer à l'image source. Ensuite, on fait tourner une lumière large autour de l'asset en gardant l'exposition fixe. On vérifie le même matériau dans un environnement qui comporte à la fois des zones claires et des zones sombres : un environnement uniforme masque la structure des reflets.

On désactive temporairement le détail de normales, puis on le rétablit une fois la réponse de base stabilisée. On compare avec une sphère lisse de référence placée à côté de l'asset. Enfin, on exporte puis réimporte un petit matériau de test, afin de vérifier l'agencement des canaux et l'interprétation des couleurs avant de traiter toute la collection d'assets.

Connaître ce que le modèle omet

Un modèle de matériau compact ne peut pas reproduire toutes les surfaces mesurées. Le développement initial chez Disney a explicitement cherché un équilibre entre le comportement observé des matériaux et des contrôles artistiques maîtrisables. [3] Les revêtements en couches, la transmission, l'anisotropie et les effets de diffusion sous la surface peuvent nécessiter des modèles supplémentaires.

Il ne faut pas compenser un éclairage manquant en l'intégrant par la peinture dans la couleur de base. Il convient de consigner ce qui relève d'une propriété du matériau, ce qui provient de l'éclairage et ce qui constitue une approximation artistique volontaire. Cette trace facilitera le diagnostic lors de futurs changements de moteur de rendu.

Sources

• [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.