Rendu basé sur la physique

Introduction

Le rendu basé sur la physique (PBR) est une technique de rendu qui vise à simuler avec précision les propriétés physiques des matériaux et des lumières dans une scène. Il est basé sur les principes de la physique et utilise des algorithmes pour modéliser avec précision la façon dont la lumière interagit avec les différents matériaux.

Le rendu basé sur la physique prend en compte la manière dont la lumière est absorbée, réfléchie et diffusée par différentes surfaces, telles que le métal, le verre et le plastique. Cela permet un rendu plus réaliste et plus précis des matériaux, ainsi que des effets d'éclairage plus précis tels que les réflexions, les réfractions et les ombres.

Outre l'amélioration de l'apparence, cette méthode simplifie également le flux de travail de l'artiste, car les matériaux sont basés sur des paramètres physiques, dont l'utilisation et le réglage sont plus intuitifs. Un autre avantage est que l'utilisation de matériaux PBR rend l'aspect des ressources importées plus cohérent avec la façon dont elles ont été conçues.

Pour plus de détails sur la théorie qui sous-tend le PBR, voir : https://learnopengl.com/PBR/Theory et https://academy.substance3d.com/courses/the-pbr-guide-part-1 pour une explication approfondie.

Matériaux et flux de travail

Pour tirer parti du rendu basé sur la physique, Qt Quick 3D propose trois matériaux intégrés : PrincipledMaterial, SpecularGlossyMaterial, et CustomMaterial. Chacun de ces matériaux offre un flux de travail différent pour définir les propriétés du matériau. Le choix du flux de travail et du matériau à utiliser dépend du type de matériau que vous souhaitez créer ou du flux de travail défini par l'outil que vous utilisez pour créer le matériau.

Flux de travail de la rugosité métallique

Le flux de travail Rugosité métallique est une méthode de mise en œuvre du rendu basé sur la physique qui utilise deux paramètres principaux pour représenter l'apparence d'un matériau : la réflectance métallique et la rugosité de la surface. La réflectance métallique est une valeur comprise entre 0 (non métallique) et 1 (entièrement métallique) qui détermine la part de la lumière entrante qui est réfléchie par le matériau et celle qui est absorbée. La rugosité de la surface est une valeur comprise entre 0 (lisse) et 1 (rugueuse) qui détermine l'aspect lisse ou rugueux de la surface du matériau. L'apparence d'un matériau dans le flux de travail Métallique/Rugosité est déterminée par sa couleur de base, sa réflectance métallique et ses valeurs de rugosité de surface, qui peuvent être stockées sous forme de textures ou de valeurs constantes.

La couleur de base du matériau pour le flux de travail Rugosité métallique contient à la fois la couleur réfléchie pour les non-métaux (diélectriques) et la valeur de réflectance pour les métaux.

Matériau principal

Le matériau PrincipledMaterial est le matériau principal qui permet le flux de travail Rugosité métallique dans Qt Quick 3D. Un exemple d'utilisation de PrincipledMaterial est présenté ci-dessous :

import QtQuick
import QtQuick3D
import QtQuick3D.Helpers

Window {
    visible: true
    width: 640
    height: 480
    title: qsTr("PrincipledMaterial")

    View3D {
        anchors.fill: parent

        environment.backgroundMode: SceneEnvironment.SkyBox
        environment.lightProbe: Texture {
            textureData: ProceduralSkyTextureData {}
        }

        PerspectiveCamera {
            z: 150
            y: 40
            eulerRotation.x: -15
        }

        Model {
            x: -50
            source: "#Sphere"
            materials: [
                PrincipledMaterial {
                    baseColor: "red"
                    metalness: 0.0
                    roughness: 0.1
                }
            ]
        }
        Model {
            x: 50
            source: "#Sphere"
            materials: [
                PrincipledMaterial {
                    baseColor: "red"
                    metalness: 1.0
                    roughness: 0.1
                }
            ]
        }
    }
}

Cet exemple montre deux sphères, l'une avec un matériau non métallique et l'autre avec un matériau métallique, et montre les différentes significations de la couleur de base en fonction de la valeur de la rugosité métallique.

Dans l'exemple précédent, toutes les propriétés pertinentes du flux de travail Rugosité métallique sont définies par le biais d'une valeur constante, mais elles peuvent également être définies à l'aide de textures. L'exemple suivant montre comment utiliser des textures pour définir la couleur de base, la métallicité et la rugosité d'un matériau :

import QtQuick
import QtQuick3D
import QtQuick3D.Helpers

Window {
    visible: true
    width: 640
    height: 480
    title: qsTr("PrincipledMaterial with Textures")

    View3D {
        anchors.fill: parent

        environment.backgroundMode: SceneEnvironment.SkyBox
        environment.lightProbe: Texture {
            textureData: ProceduralSkyTextureData {
            }
        }

        PerspectiveCamera {
            z: 150
            y: 40
            eulerRotation.x: -15
        }

        Model {
            source: "#Sphere"
            materials: [
                PrincipledMaterial {
                    baseColorMap: Texture {
                        source: "red.png"
                    }
                    metalnessMap: Texture {
                        source: "metalness.png"
                    }
                    roughnessMap: Texture {
                        source: "roughness.png"
                    }
                }
            ]
        }
    }
}

CustomMaterial

Bien que PrincipledMaterial soit un moyen très souple de créer des matériaux, il arrive que vous ayez besoin d'un contrôle plus poussé sur les propriétés des matériaux. Pour cela, Qt Quick 3D propose la fonction CustomMaterial, qui vous permet d'augmenter les valeurs utilisées dans le flux de travail de la rugosité métallique en ajustant le code shader utilisé par le matériau.

Voir Matériaux programmables, effets, géométrie et données de texture pour une introduction à l'augmentation des matériaux et du système d'éclairage PBR intégré avec un code de shader personnalisé.

Flux de travail spéculaire et de brillance

Le flux de travail spéculaire/brillant est une méthode de mise en œuvre du rendu basé sur la physique qui utilise deux paramètres principaux pour représenter l'apparence d'un matériau : la réflectance spéculaire et la brillance. La réflectance spéculaire est une valeur de couleur qui détermine la couleur et l'intensité des reflets spéculaires sur la surface du matériau. La brillance est une valeur comprise entre 0 (rugueux) et 1 (lisse) qui détermine à quel point la surface du matériau semble rugueuse ou lisse. Dans le flux de travail spéculaire/brillant, l'apparence d'un matériau est déterminée par ses valeurs d'albédo, de réflectance spéculaire et de brillance, qui peuvent être stockées sous forme de textures ou de valeurs constantes. Un matériau avec une réflectance spéculaire élevée et une faible brillance apparaîtra plus métallique et aura des reflets spéculaires nets, tandis qu'un matériau avec une réflectance spéculaire faible et une forte brillance apparaîtra plus diffus et aura des reflets spéculaires doux.

Matériau SpecularGlossy

Le site SpecularGlossyMaterial est le matériau qui active la fonction spéculaire/brillant dans Qt Quick 3D.

Autres exemples

Pour plus d'exemples, voir Qt Quick 3D - Principled Material Example et Qt Quick 3D - Custom Materials Example.