This translation is community contributed and may not be up to date. We only maintain the English version of the documentation. Read this manual in English

Physically Based Rendering (PBR)

Physically Based Rendering (PBR) - это подход к затенению, моделирующий взаимодействие света с поверхностями на основе физических принципов реального мира. Он обеспечивает согласованное, реалистичное освещение в разных окружениях и позволяет ассетам корректно выглядеть при самых разных условиях освещения.

Реализация PBR в Defold следует спецификации материалов glTF 2.0 и связанным с ней расширениям Khronos. Когда вы импортируете glTF-ассеты в Defold, свойства материалов автоматически разбираются и сохраняются как структурированные данные материала, к которым можно обращаться в шейдерах во время выполнения.

PBR-материалы могут включать такие эффекты, как металлические отражения, шероховатость поверхности, пропускание света, clearcoat, подповерхностное рассеивание, иридесценцию и многое другое.

В настоящее время Defold предоставляет шейдерам доступ к данным PBR-материалов, но не содержит встроенной PBR-модели освещения. Вы можете использовать эти данные в собственных шейдерах освещения и отражений, чтобы добиться physically based rendering. Стандартная PBR-модель освещения будет добавлена в Defold позднее.

Встроенные текстуры из glTF-файлов в настоящее время не назначаются в Defold автоматически. Шейдерам передаются только параметры материала. Тем не менее вы можете вручную назначить текстуры компонентам model и использовать их в своём шейдере.

Обзор свойств материалов

Свойства материалов извлекаются из исходных файлов glTF 2.0, назначенных компоненту model. Не все свойства являются стандартными. Некоторые предоставляются через необязательные расширения glTF, которые могут присутствовать или отсутствовать в зависимости от инструмента, использованного для экспорта glTF-файла. Соответствующее расширение указано в скобках после имени свойства ниже.

Metallic roughness: Описывает, как свет взаимодействует с материалом. Это стандартная PBR-модель по умолчанию.
Specular glossiness (KHR_materials_pbrSpecularGlossiness): Альтернатива metallic roughness. Часто используется в более старых ассетах.
Clearcoat (KHR_materials_clearcoat): Добавляет прозрачный слой покрытия с собственной шероховатостью и normal map.
Ior (KHR_materials_ior): Добавляет показатель преломления.
Specular (KHR_materials_specular): Добавляет отдельный канал интенсивности и цвета specular.
Iridescence (KHR_materials_iridescence): Имитирует интерференцию в тонкой плёнке для материалов вроде мыльных пузырей или перламутра.
Sheen (KHR_materials_sheen): Моделирует микроповерхностные отражения, характерные для ткани.
Transmission (KHR_materials_transmission): Моделирует прохождение света через прозрачные или стеклоподобные материалы.
Volume (KHR_materials_volume): Поддерживает объёмные эффекты, такие как толщина и attenuation.
Emissive strength (KHR_materials_emissive_strength): Управляет яркостью свечения независимо от базового цвета.
Normal map: Карта нормалей для поверхностных деталей.
Occlusion map: Карта ambient occlusion.
Emissive map: Текстура самосвечения для светящихся поверхностей.
Emissive factor: RGB-множитель интенсивности свечения.
Alpha cutoff: Порог для маскированной прозрачности.
Alpha mode: Режим прозрачности: Opaque, Masked или Blended.
Double sided: Если true, будут рендериться обе стороны поверхности.
Unlit: Если true, материал не участвует в вычислениях освещения.

Некоторые из этих свойств дают подсказки о том, как именно должен рендериться материал. Данные для этих свойств (alpha cutoff, alpha mode, double sided и unlit) доступны в шейдерах, но сами по себе не влияют на способ рендеринга материала в Defold.

Интеграция с шейдерами

Данные PBR-материала передаются в шейдеры на основе типов и соглашения об именовании. Система PBR-материалов предоставляет все разобранные параметры материала в шейдеры через структурированный uniform block с именем PbrMaterial. Каждому поддерживаемому расширению glTF соответствует структура внутри этого блока, которую можно условно компилировать с помощью флагов #define.

uniform PbrMaterial
{
	// Material properties
};

Различные особенности материала задаются как фиксированные структуры в шейдере. Данные максимально упакованы в vec4, поскольку именно так константы внутренне задаются в Defold. В тех случаях, когда данные упакованы, это отмечено комментариями в приведённых ниже фрагментах шейдера для каждой функции:

struct PbrMetallicRoughness
{
    vec4 baseColorFactor;
    // R: metallic (Default=1.0), G: roughness (Default=1.0)
    vec4 metallicAndRoughnessFactor;
    // R: use baseColorTexture, G: use metallicRoughnessTexture
    vec4 metallicRoughnessTextures;
};

struct PbrSpecularGlossiness
{
	vec4 diffuseFactor;
	// RGB: specular (Default=1.0), A: glossiness (Default=1.0)
	vec4 specularAndSpecularGlossinessFactor;
	// R: use diffuseTexture, G: use specularGlossinessTexture
	vec4 specularGlossinessTextures;
};

struct PbrClearCoat
{
	// R: clearCoat (Default=0.0), G: clearCoatRoughness (Default=0.0)
	vec4 clearCoatAndClearCoatRoughnessFactor;
	// R: use clearCoatTexture, G: use clearCoatRoughnessTexture, B: use clearCoatNormalTexture
	vec4 clearCoatTextures;
};

struct PbrTransmission
{
	// R: transmission (Default=0.0)
	vec4 transmissionFactor;
	// R: use transmissionTexture
	vec4 transmissionTextures;
};

struct PbrIor
{
	// R: ior (Default=0.0)
	vec4 ior;
};

struct PbrSpecular
{
	// RGB: specularColor, A: specularFactor (Default=1.0);
	vec4 specularColorAndSpecularFactor;
	// R: use specularTexture, G: use specularColorTexture
	vec4 specularTextures;
};

struct PbrVolume
{
	// R: thicknessFactor (Default=0.0), RGB: attenuationColor
	vec4 thicknessFactorAndAttenuationColor;
	// R: attentuationDistance (Default=-1.0)
	vec4 attenuationDistance;
	// R: use thicknessTexture
	vec4 volumeTextures;
};

struct PbrSheen
{
	// RGB: sheenColor, A: sheenRoughnessFactor (Default=0.0)
	vec4 sheenColorAndRoughnessFactor;
	// R: use sheenColorTexture, G: use sheenRoughnessTexture
	vec4 sheenTextures;
};

struct PbrEmissiveStrength
{
	// R: emissiveStrength (Default=1.0)
	vec4 emissiveStrength;
};

struct PbrIridescence
{
	// R: iridescenceFactor (Default=0.0), G: iridescenceIor (Default=1.3), B: iridescenceThicknessMin (Default=100.0), A: iridescenceThicknessMax (Default=400.0)
	vec4 iridescenceFactorAndIorAndThicknessMinMax;
	// R: use iridescenceTexture, G: use iridescenceThicknessTexture
	vec4 iridescenceTextures;
};

Общие свойства задаются непосредственно в uniform самого материала. Ещё раз обратите внимание на упаковку данных в vec4.

// Common textures
uniform sampler2D PbrMaterial_normalTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_occlusionTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_emissiveTexture;

uniform PbrMaterial
{
	// Common properties:

	// R: alphaCutoff (Default=0.5), G: doubleSided (Default=false), B: unlit (Default=false)
	vec4 pbrAlphaCutoffAndDoubleSidedAndIsUnlit;
	// R: use normalTexture, G: use occlusionTexture, B: use emissiveTexture
	vec4 pbrCommonTextures;

	// Other properties...
};

Пример шейдера

Ниже приведён пример шейдера, содержащего все возможности, а также предлагаемую схему именования для привязок текстур. Обратите внимание, что отключать функции можно просто с помощью define вокруг каждого члена самого PbrMaterial, как показано в примере ниже:

// Feature flags, comment or remove these to slim down the shader.
#define PBR_METALLIC_ROUGHNESS
#define PBR_SPECULAR_GLOSSINESS
#define PBR_CLEARCOAT
#define PBR_TRANSMISSION
#define PBR_IOR
#define PBR_SPECULAR
#define PBR_VOLUME
#define PBR_SHEEN
#define PBR_EMISSIVE_STRENGTH
#define PBR_IRIDESCENCE

// Common
uniform sampler2D PbrMaterial_normalTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_occlusionTexture;
uniform sampler2D PbrMaterial_emissiveTexture;

// PbrMetallicRoughness
uniform sampler2D PbrMetallicRoughness_baseColorTexture;
uniform sampler2D PbrMetallicRoughness_metallicRoughnessTexture;

struct PbrMetallicRoughness
{
    vec4 baseColorFactor;
    // R: metallic (Default=1.0), G: roughness (Default=1.0)
    vec4 metallicAndRoughnessFactor;
    // R: use baseColorTexture, G: use metallicRoughnessTexture
    vec4 metallicRoughnessTextures;
};

// PbrSpecularGlossiness
uniform sampler2D PbrSpecularGlossiness_diffuseTexture;
uniform sampler2D PbrSpecularGlossiness_specularGlossinessTexture;

struct PbrSpecularGlossiness
{
	vec4 diffuseFactor;
	// RGB: specular (Default=1.0), A: glossiness (Default=1.0)
	vec4 specularAndSpecularGlossinessFactor;
	// R: use diffuseTexture, G: use specularGlossinessTexture
	vec4 specularGlossinessTextures;
};

// PbrClearCoat
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatTexture;
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatRoughnessTexture;
uniform sampler2D PbrClearCoat_clearcoatNormalTexture;

struct PbrClearCoat
{
	// R: clearCoat (Default=0.0), G: clearCoatRoughness (Default=0.0)
	vec4 clearCoatAndClearCoatRoughnessFactor;
	// R: use clearCoatTexture, G: use clearCoatRoughnessTexture, B: use clearCoatNormalTexture
	vec4 clearCoatTextures;
};

// PbrTransmission
uniform sampler2D PbrTransmission_transmissionTexture;

struct PbrTransmission
{
	// R: transmission (Default=0.0)
	vec4 transmissionFactor;
	// R: use transmissionTexture
	vec4 transmissionTextures;
};

struct PbrIor
{
	// R: ior (Default=0.0)
	vec4 ior;
};

// PbrSpecular
uniform sampler2D PbrSpecular_specularTexture;
uniform sampler2D PbrSpecular_specularColorTexture;

struct PbrSpecular
{
	// RGB: specularColor, A: specularFactor (Default=1.0);
	vec4 specularColorAndSpecularFactor;
	// R: use specularTexture, G: use specularColorTexture
	vec4 specularTextures;
};

// PbrVolume
uniform sampler2D PbrVolume_thicknessTexture;

struct PbrVolume
{
	// R: thicknessFactor (Default=0.0), RGB: attenuationColor
	vec4 thicknessFactorAndAttenuationColor;
	// R: attentuationDistance (Default=-1.0)
	vec4 attenuationDistance;
	// R: use thicknessTexture
	vec4 volumeTextures;
};

// PbrSheen
uniform sampler2D PbrSheen_sheenColorTexture;
uniform sampler2D PbrSheen_sheenRoughnessTexture;

struct PbrSheen
{
	// RGB: sheenColor, A: sheenRoughnessFactor (Default=0.0)
	vec4 sheenColorAndRoughnessFactor;
	// R: use sheenColorTexture, G: use sheenRoughnessTexture
	vec4 sheenTextures;
};

struct PbrEmissiveStrength
{
	// R: emissiveStrength (Default=1.0)
	vec4 emissiveStrength;
};

// PbrIridescence
uniform sampler2D PbrEmissive_iridescenceTexture;
uniform sampler2D PbrEmissive_iridescenceThicknessTexture;

struct PbrIridescence
{
	// R: iridescenceFactor (Default=0.0), G: iridescenceIor (Default=1.3), B: iridescenceThicknessMin (Default=100.0), A: iridescenceThicknessMax (Default=400.0)
	vec4 iridescenceFactorAndIorAndThicknessMinMax;
	// R: use iridescenceTexture, G: use iridescenceThicknessTexture
	vec4 iridescenceTextures;
};

uniform PbrMaterial
{
	// Common properties
	// R: alphaCutoff (Default=0.5), G: doubleSided (Default=false), B: unlit (Default=false)
	vec4 pbrAlphaCutoffAndDoubleSidedAndIsUnlit;
	// R: use normalTexture, G: use occlusionTexture, B: use emissiveTexture
	vec4 pbrCommonTextures;

	// Features
#ifdef PBR_METALLIC_ROUGHNESS
	PbrMetallicRoughness  pbrMetallicRoughness;
#endif
#ifdef PBR_SPECULAR_GLOSSINESS
	PbrSpecularGlossiness pbrSpecularGlossiness;
#endif
#ifdef PBR_CLEARCOAT
	PbrClearCoat pbrClearCoat;
#endif
#ifdef PBR_TRANSMISSION
	PbrTransmission pbrTransmission;
#endif
#ifdef PBR_IOR
	PbrIor pbrIor;
#endif
#ifdef PBR_SPECULAR
	PbrSpecular pbrSpecular;
#endif
#ifdef PBR_VOLUME
	PbrVolume pbrVolume;
#endif
#ifdef PBR_SHEEN
	PbrSheen pbrSheen;
#endif
#ifdef PBR_EMISSIVE_STRENGTH
	PbrEmissiveStrength pbrEmissiveStrength;
#endif
#ifdef PBR_IRIDESCENCE
	PbrIridescence pbrIridescence;
#endif
};

Если отдельные точки данных в структуре материала не найдены, данные для этих возможностей не будут установлены. Например, если в структуре материала отсутствует pbrClearCoat, данные clear coat задаваться не будут. Если uniform block не найден, то во время рендеринга вообще не будет задано никаких данных.

Константы

Каждое свойство материала соответствует внутренней render-константе в Defold. Вы можете переопределить значения по умолчанию, определив константы прямо в ресурсе материала по шаблону именования pbrFeature.structMember. Эти значения будут автоматически применяться, если соответствующие данные отсутствуют в glTF-материале.

Material constants

Что делать дальше

Чтобы использовать данные материала для physically based lighting, реализуйте BRDF во фрагментном шейдере, используя параметры, передаваемые в блоке PbrMaterial. См. также: