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物理ベースレンダリング

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一回のブラシストロークだけで、複雑で写実的なマテリアルをモデルに塗り潰すことができるのは素晴らしい!

このセクションでは、物理ベースレンダリングとは何かを解説します。

物理ベースレンダリングって何?

   物体のいくつかの物理的性質を考慮してレンダリングを行います。このようなアプローチによって現実世界のような材質感を実現します。

身の回りのものをどのよう見ているの?

    物体の表面で反射した光線が私たちの目に入ることによって、私たちはそのものを見ることができます。光線の一部は表面で錯乱され、いわゆる拡散効果(Diffuse)となり、他の一部は表面の法線に相関した反対側の角度で跳ね返えっていき、反射(Reflection)またはいわゆる鏡面反射(Specular)となります。

 

   金属と非金属(絶縁体)では、光の反射と散乱が異なります。アルベド、エネルギー保存、フレネル効果や複雑な起伏構造も表面の外観に影響を与えます。

金属と絶縁体の違いって?

    絶縁体 は、強い拡散散乱と弱い鏡面反射がある材料です(プラスチック、織物、木材、コンクリート、塗料など)。拡散散乱によって赤いプラスチックは赤く見えます。また反射によって表面にハイライトを確認することができます。

 

    金属 (鋼、鉄、金、銅、青銅、銀など)は拡散散乱がなく(拡散が常に黒)、色の付いた顕著な反射がある材質です。銅は黒い拡散と強い赤色の反射があります。金は黒い拡散と明るい黄色の反射があります。銀は黒い拡散と真白な反射があります。

 

アルベドとは?

 

    反射光と散乱光のエネルギー量です。おおまかに言うと、絶縁体か金属かにかかわらず、私たちが見る材質表面の色のことと言えます。絶縁体のアルベドと拡散の色は一致しますが、金属はそうではありません。すべての金属は黒い拡散となりますが、反射によってそれを黒と認識できません。たとえば金は、その拡散色としての黒ではなく黄色に見えます。このことから、アーティストにとってアルベドはより便利に使えるのです。

 

エネルギー保存とは?

 

    簡単に言うと、反射の強度が高いほど拡散散乱が低くなる、ということです。拡散と反射の強度の総和は物体表面に入射する光の強度を上回ることができないからです。

 

フレネル効果とは?

 

    最も単純に説明する方法 - サーフェースへの光の入射角がより小さいと、より強い反射となる、ということです。自然界の全ての材質がこの効果を持ちます。興味深いことに全ての材質が 0°において 100% の光を反射しますが、複雑な表面構造のために反射が弱くなります。

材質の表面構造はどのように反射に影響する?

   顕微鏡でのみ見えるような微細な起伏、小さな孔、くぼみや傷を持つ、事実上全ての物体表面で影響します。これにより、反射がボケて見える際に表面の粗さの効果が発生します。物体表面が完全に平滑で微細な起伏がなければ、反射像はくっきり見えるようになります。

 

アーティストはその全ての物理現象をどうすべき?

 

    現在テクスチャリングはより簡単になりました!エネルギー保存則やフレネル効果はなんの干渉もなく動作します。アーティストに必要なのは3つのテクスチャだけです:

アルベド ― 表面の色のカラーテクスチャ

メタリック ― 黒いピクセルが絶縁体、白いピクセルが金属を表す白黒テクスチャ

粗さ ― ピクセルが明るいほど反射像がぼける白黒のテクスチャ