Основные текстурные карты, используемые в рабочих процессах спекуляра и металлика

Basecolor, Albedo, Diffuse Map

Несмотря на разные названия, Basecolor, Albdeo и Diffuse Map представляют собой одно и то же: карту, определяющую цвет материала. Разница заключается в контексте, в котором они используются, и в небольших изменениях в зависимости от рабочего процесса. Четкого консенсуса по поводу названий не существует.

Некоторое время назад, еще в традиционном рабочем процессе до PBR, самой распространенной картой была так называемая Diffuse Map. Если бы вы сфотографировали дерево, то получили бы его цвет вместе с окружающим освещением и тенями, и все это в одном изображении. Проблема в том, что, поскольку они уже содержат тени и свет с момента съемки, при добавлении другого источника света в 3D-программе в материале возникают несоответствия, например две тени или свечения, которых там быть не должно. Для решения этой проблемы разработчики и 3d художники начали применять так называемые карты альбедо. Они содержат только цвет, без информации о свете и тени. Цвета на такой карте выглядят тусклыми и неконтрастными, но при объединении всех остальных карт результат получается гораздо ближе к реальности. Карта Альбедо используется и сегодня, но ее название варьируется в зависимости от рабочего процесса.

В первой части объяснялось, что у металлов нет диффузного цвета, поскольку они отражают все? Так вот, при работе со спекуляром в карте Albedo Map мы отображаем только цвет неметаллов. Все металлическое будет окрашено в черный цвет, а спекулярный цвет этих металлов будет представлен на карте Specular Map. Вот почему в процессе работы со спекулярами эта карта снова называется Diffuse Map, поскольку она представляет только диффузный цвет.

Однако в процессе работы с металлами все цвета (как металлы, так и неметаллы) попадают на карту Albedo Map, поэтому она называется Basecolor Map. Карта Metallic определяет, что является металлическим, а что неметаллическим. Таким образом, все неметаллические детали по умолчанию будут иметь минимальную отражательную способность (F0) 4%, в то время как F0 металлических деталей будет определяться светлотой цвета. Чем светлее цвет металла, тем выше отражающая способность, и наоборот. Металлы обычно обладают высокой отражающей способностью (от 50 до 100 %), поэтому светлые цвета, как правило, идеальны.

Эти обозначения могут варьироваться в зависимости от программного обеспечения, хотя мы всегда говорим о «цветовых картах».

Specular Map

Specular Map используется исключительно в рабочем процессе "Specular". Это карта, которая управляет отражательной способностью материала и спекулярным цветом металлов. Будучи RGB-изображением, карта Specular Map требует немного больше памяти, чем карта Metallic Map, которая является полутоновой. По этой же причине эту карту нельзя комбинировать с другими, что делает ее еще менее оптимизированной по сравнению с картой Metallic.

Для деталей, представляющих неметаллы: используйте только оттенки серого, так как спекулярный цвет всегда белый. Яркость серых тонов будет указывать на F0. Более темные тона означают меньшую отражающую способность, а более светлые - большую отражающую способность. В целом, неметаллы имеют очень низкую светимость, близкую к черной. По шкале sRGB идеальные значения яркости будут между 40-75 sRGB, или между 0,02-0,05 по линейной шкале, что означает отражающую способность между 2-5%.

Для частей, представляющих металлы: здесь мы можем использовать все цвета RGB для окрашивания металлов. Например, золото будет иметь желтые тона, а другие металлы, такие как серебро и железо, будут иметь оттенки серого (потому что они также имеют белый цвет). Как и в случае с неметаллами, яркость тонов будет определять отражательную способность металлов, но поскольку они отражают гораздо больше, эти значения будут гораздо выше. По шкале sRGB эти значения будут находиться в диапазоне 130-255 sRGB, или 0,5-1 по линейной шкале, что означает отражательную способность в диапазоне 50-100 %. Помните, что для получения правильного результата металлы должны быть окрашены в черный цвет на карте Diffuse Map.

Как мы видим, управлять картой Specular Map сложно. Поскольку у нас есть полный контроль над F0 даже для неметаллов, вы можете, например, присвоить материалу нереалистичные значения отражательной способности или окрасить карту Diffuse Map в черный цвет, что может нарушить расчеты шейдеров и привести к неожиданным результатам. Еще одна вещь, которая может вызвать путаницу, заключается в том, что карты, используемые в процессе работы со спекуляром, имеют очень похожие названия, как и в традиционном процессе до-PBR, однако эти карты содержат разную информацию.

Metallic Map

Карта Metallic Map используется исключительно в процессе работы с металлом. Эта карта определяет только то, что является металлическим, а что неметаллическим, функционируя как маска. Где черный цвет, там неметалл. Где белая, там металл. Обычно на этой карте используется только чистый черный или белый цвет, но оттенки серого также могут быть использованы в качестве перехода (например, между пылью и алюминием). Поскольку это карта в оттенках серого, ее можно комбинировать с другими картами, что экономит много памяти. Таким образом, мы видим, что рабочий процесс с картой Metallic гораздо более интуитивен, поскольку в нем меньше переменных, которыми нужно управлять.

Как мы видели ранее, цветовая карта Basecolor Map хранит цвет и отражательную способность металлов и автоматически присваивает отражательную способность 4 % неметаллам. Отражательная способность неметаллов обычно не может контролироваться в этом рабочем процессе, но эта цифра в 4 % является хорошим средним значением для подавляющего большинства из них. Исключение составляют драгоценные камни, отражающая способность которых составляет около 8 %.

В шейдерах некоторых программных продуктов, работающих с металликами (например, Unreal Engine 4 или Blender), вы заметите вход или ползунок, обычно называемый SPECULAR. Это может немного сбить с толку, поскольку карты Specular Maps не используются в металлическом рабочем процессе. Этот параметр служит лишь дополнительным регулятором отражательной способности неметаллических объектов, так как в этом рабочем процессе он обычно не используется.

Roughness / Glosiness Map

Большинство материалов имеют микроскопические неровности на поверхности, из-за которых падающие лучи света отражаются в разных направлениях. Более неровные поверхности рассеивают отраженные лучи, что приводит к более размытым отражениям. Более полированные поверхности отражают лучи в одном направлении и дают более четкие отражения. Создание таких микронеровностей на 3D-сетке непрактично и потребует несколько миллионов полигонов. Вместо этого мы используем карту шероховатости и карту блеска.

Карта шероховатости - это карта, которая управляет этими микронеровностями в рабочем процессе Metallic, а карта блеска делает то же самое в спекулярном рабочем процессе. Обе карты - карты серого цвета и являются обратными друг другу, а именно:

Карта шероховатости: Более темные тона = более гладкие детали. Более светлые тона = более грубые детали.

Карта блеска: Более темные тона = более грубые части. Светлые тона = более гладкие детали.

Если у вас есть карта шероховатости, но вы используете спекулярный метод работы, просто инвертируйте ее (например, умножьте на -1 в шейдере или инвертируйте цвета в Photoshop), и она станет картой блеска.

Эти карты наиболее важны для того, чтобы передать реальный вид определенного материала или даже рассказать историю о том, как этот материал использовался. Например, очень холодная бутылка сока может содержать тонкий слой льда, или на той же бутылке при комнатной температуре могут остаться следы от пальцев. На стволе дробовика могут быть царапины или следы масла, разбросанные вокруг патронника из-за плохого ухода. Вся эта информация может содержаться на карте шероховатости или блеска и привлекает к себе внимание при соответствующем освещении.