Что такое блик?

Посмотрите на любую цветную пластмассу рядом с собой: корпус мышки, крышку от бутылки, борт машины. Поймайте на ней отражение лампы или окна. Пластмасса синяя, красная, зелёная — а блик на ней белый. Ровно того цвета, что и источник. Так же ведут себя краска, дерево, камень, кожа: собственный цвет предмета в блик не попадает вообще.

Дело в том, что упавший свет делится один раз — на входе. Часть отражается сразу от границы двух сред, внутрь не заходя: про материал она ничего не знает, поэтому и уносит цвет источника. Остальное преломляется внутрь, гуляет там между частицами пигмента, что-то по дороге поглощается, а что уцелело — выходит обратно наружу, уже окрашенное. Вот это вернувшееся вы и называете цветом предмета.

Собственно, вывод: матовая часть и блик — не два эффекта, которые складывают. Это два разных поведения одного луча. Что отскочило от границы — внутрь не попало и цвета не наберёт; что ушло внутрь — в блике не появится. А количество энерегии одно, и равно оно тому, что упало. Проблема простой реализации прошлой статьи, что это никак не учитывается.

В шейдере крутите specular вверх: если материал просто становится ярче и ничего при этом не теряет — баланс энергии у вас не сходится, поверхность отдаёт больше света, чем получила. С одним источником света это сходит с рук. А потом сцену переносят под HDRI, где свет идёт со всех сторон, и материал начинает светиться сам.

Ну и бытовое наблюдение в ту же копилку: почему мокрый асфальт темнее сухого. Вода ничего не пачкает и цвет не съедает — она меняет маршрут той части света, что собиралась выйти наружу. Плёнка заворачивает часть выходящего обратно внутрь, тот идёт по материалу на второй круг, и там его добирает поглощение. Наружу возвращается меньше — глазу темнее. Заодно ровная плёнка собирает зеркальную часть в аккуратное пятно, поэтому мокрое всегда темнее и глянцевее одновременно.

А делится свет не всегда одинаково — пропорция зависит от угла. Посмотрите на стол сверху вниз: видите цвет дерева. Теперь присядьте и гляньте почти вдоль столешницы — на том же самом месте отражение окна, а дерева уже почти не разглядеть. Не поменялось ничего, кроме угла, под которым вы смотрите. По той же причине светлее края круглых предметов.

Почему угол решает так много, почему отражённое собирается в узкое пятно, а не светится ровно по всей поверхности, и как уложить это в шейдер, — разберём в пятницу.

И загадка туда же. Блик у неметалла белый, потому что отражение от границы цвета не набирает. Тогда откуда у золота жёлтый блик, а у меди рыжий — по этой логике они тоже должны отражать лампу как есть.

#devmath #графика #математика #рендер #pbr #gamedev

Вдали ваш кирпич — зеркало

По дальней стене, гравию, клёпке побежали белые искры. MSAA по ним не работает вообще, TAA давит их ценой шлейфа. А вблизи тот же материал выглядит прилично.

Дело в мипах карты нормалей. Карта нормалей хранит наклон поверхности в каждой точке: тут скол кирпича смотрит влево, тут вправо, тут вверх. Мип-уровень — это усреднение соседних текселей, а если усреднить «влево» и «вправо», получится «прямо». Чем дальше объект, тем более пологим становится его рельеф в мипах, и на дальних уровнях от кирпичной кладки остаётся ровная плита.

Roughness при этом остался тот, что вы поставили. Ровная поверхность с низким Roughness — это зеркало: она отражает окружение чётко, без размытия. И на дальнем объекте одному пикселю достаётся то солнце или яркое пятно пробы, то тёмный кусок неба рядом. Кадр — вспышка, кадр — чернота. Вот вам и искры.

Собственно, суть: наклоны, которые усреднение потеряло, — это и есть Roughness на этой дистанции. Карта нормалей и Roughness описывают одну и ту же неровность, просто на разных масштабах: что различимо на экране — живёт в нормалях, что мельче пикселя — в Roughness. Объект уезжает вдаль, рельеф обязан перетекать из первого во второе.

В Unreal у текстуры Roughness есть свойство Composite Texture: кладёте туда карту нормалей, и движок при генерации мипов сам смотрит, сколько наклонов потерялось на уровне, и ровно настолько поднимает Roughness. В Unity такой галочки в импортёре нет. Ближайшее — Geometric Specular AA в HDRP, но он про другой источник: срезает гладкость по кривизне самой геометрии, и в доке прямо сказано, что полезнее всего он там, где карты нормалей нет.

А почему разброс наклонов вообще сворачивается в одно число и как это число выглядит изнутри — в пятницу.

#геймдев #графика #математика #рендер #pbr #gamedev

Сфера должна исчезнуть

Как за пять минут проверить, что материал не отдаёт больше света, чем получил. Уберите из сцены свет и HDRI, поставьте вместо окружения ровную белую заливку яркостью единица, выключите тонмаппинг. Материал возьмите предельный: металл с базовым цветом в единицу — такой ничего не поглощает и обязан вернуть всё, что пришло.

Вернёт — станет неотличим от фона. Не посветлеет, а исчезнет: силуэта нет, на экране ровное поле. Видите тёмный силуэт — энергию теряете, светлый — берёте из ниоткуда. Приём известен как white furnace test.

Теперь главное. Возьмите шейдер, собранный правильно, и потяните Roughness вверх. Сфера всё равно темнее фона, и на матовом конце наружу возвращается меньше половины пришедшего.

Модель считает один отскок: луч пришёл на микрогрань, отразился, улетел. В изрытой поверхности он так не летает — бьётся о соседний бугор и уходит со второго-третьего раза, а этих отскоков в модели просто нет.

На металле заметнее всего: у него всё отражение зеркальное, и нет диффузной части, которая прикрыла бы потерю. Отсюда матовая сталь, которая выглядит серой и припылённой. Ровно на это заведён баг в референсном вьювере glTF — «Rough metal looks too dark, may be losing energy».

Собственно, вывод: увидели припылённый металл — не тяните альбедо вверх, так вы проблему не решите. Прогоните тест и посмотрите, считает ли ваш шейдер многократное рассеяние. Считает — сфера не видна на любом Roughness.

Почему теряется и как это править — в пятницу.

#геймдев #графика #математика #рендер #pbr #gamedev

Metallic — переключатель, а не шкала
https://youtube.com/shorts/Lifzj3UvyZg?si=ED9gehzfKRdGJzYz

Решил попробовать новый формат видосов. Образовательный с инфографиками, а не чисто рассказ под мультфильм. Посмотрим как зайдёт или не зайдет.

Золото, ржавчина, лак, кожа — в современных играх все эти материалы описываются двумя числами: metallic и roughness.

Раньше на это уходили три независимые карты, и можно было нарисовать вещество, которого не существует: пластик, отражающий как зеркало. Свернуть их в два помогла не новая формула, а физика — вещество либо проводник, либо нет.

#геймдев #графика #pbr #unity #unrealengine