Depuis quelque temps déjà, on peut entendre souvent le terme « PBR » comme récemment et souvent avec Prepar3D qui depuis la v4.4 ajoute cette technologie au simulateur tout comme X-Plane 11. Mais le PBR, c’est quoi ?
Sur l’image ci-dessus, vous pouvez voir que les matériaux ne renvoient pas la lumière de la même manière. Le siège a un albédo très faible, à l’inverse de l’écran du CDU.
Le terme « rendu physique réaliste » (En anglais, Physically Based Rendering, ou PBR) regroupe un ensemble de techniques de rendu d’objets ou de scène 3D, qui imitent les modèles physiques décrivant le comportement de la lumière dans le monde réel. Le rendu physique réaliste a pour but de donner aux objets virtuels une apparence proche de celle qu’ils auraient en réalité, et de baser le rendu des matériaux sur un nombre réduit de propriétés physiques qui sont peu interdépendantes, pour simplifier le travail des infographistes.
L’albédo (le pouvoir réfléchissant d’une surface), la rugosité, et le caractère métallique sont des propriétés de matériau souvent utilisées pour ce type de rendu.
Définition
Pour qu’un rendu soit considéré comme un rendu physique réaliste, il doit posséder trois propriétés.
- les surfaces des objets virtuels sont représentées avec le modèle des microfacettes. Dans ce modèle, on considère que chaque surface est composée d’un ensemble de petits miroirs microscopiques appelés facettes. Plus une surface est lisse ou polie, plus les facettes sont alignées avec elle, et plus elle réfléchit les rayons lumineux dans la même direction, ce qui crée des reflets nets (à la façon d’un miroir). À l’inverse, plus la surface est rugueuse, plus les facettes sont orientées de façon chaotique, et plus les rayons lumineux s’éparpillent, ce qui empêche de voir des reflets. Ainsi, on définit une propriété de rugosité que l’on peut changer pour représenter divers matériaux comme les sièges d’un avion.
- Les calculs physiques concernant la lumière respectent le principe de conservation de l’énergie. Si on considère un objet qui n’est pas une source lumineuse, la lumière qui part de cet objet (la diffusion et la réflexion) ne doit pas transporter plus d’énergie que la lumière qui arrive sur sa surface. Autrement dit, plus la dispersion lumineuse (lumière diffuse) est intense, moins la réflexion lumineuse (lumière spéculaire) doit l’être, et inversement, afin que la somme de leurs intensités ne dépasse pas l’intensité de la lumière incidente.
- La lumière est calculée avec une fonction de réflectivité bidirectionnelle qui respecte les deux points précédents. Elle prend donc en compte la rugosité des matériaux, via le modèle des microfacettes, et la conservation de l’énergie. Par exemple, l’ombrage de Phong est une fonction de réflectivité bidirectionnelle qui n’est pas considérée comme physiquement réaliste, car elle ne respecte pas le principe de conservation de l’énergie. À l’inverse, la fonction de Cook-Torrance, qui respecte ces conditions, est souvent utilisée pour les rendus physiques réalistes.
Intérêt
Le rendu physique réaliste a plusieurs intérêts, pour le réalisme visuel de nos addons. D’une part, il permet d’obtenir en général un rendu plus réaliste. Cela permet aussi aux artistes de moins tricher avec des trompe-l’œil ou différentes méthodes qui donnaient un côté photo-réaliste sans trop prendre en compte la source de lumière ou le type de matériaux. On a donc aujourd’hui des rendus bien plus réalistes pour un impact sur les performances négligeable.
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