materiales PBR

Materiales PBR: para qué sirven y cómo se usan

- 22 enero 2022 -

El porqué de los materiales PBR

Crear objetos 3D y exhibirlos de forma que parezcan reales no es una labor trivial. La luz es un fenómeno muy peculiar que interactúa de formas complejas y variadas sobre los objetos en los que incide. Al llegar luz a nuestras retinas, nuestro cerebro es hábil para obtener información sobre la superficie que la ha reflejado: si es mate o brillante, si está húmeda, si es lisa o rugosa…Para llevarlo al 3D, actualmente utilizamos los materiales PBR.

Si jugamos a cualquier título de finales de los ‘90, cuando el 3D estaba dando los primeros pasos, repararemos en la pobreza de sus texturas: no por su escasa resolución, sino porque no plasman la multitud de propiedades físicos que entraña la luz. Durante la década siguiente, multitud de estudios, tanto de animación como de videojuegos, dieron con diversos trucos para simular dichas cualidades. Si bien fue una época de gran progreso en gráficos, también causó gran confusión, pues no existía un método uniforme que todos los texturizadores conocieran y con el que todos los softwares fueran compatibles.

Fue a principios de los ‘10 cuando ambas industrias se enfocaron en la misma dirección: el Physically-Based Rendering (PBR), un método de renderizado basado en propiedades físicas reales de la luz y los materiales. Los materiales PBR se crean a partir de múltiples imágenes (también llamadas mapas) y tienen múltiples ventajas:

  • Al ser un estándar, todos los artistas están familiarizados con sus parámetros.
  • Los objetos tienen un aspecto realista bajo cualquier tipo de iluminación.
  • Es altamente flexible, pudiendo incluir más o menos mapas según el material.

¡Los materiales PBR funcionan incluso en estilos visuales estilizados o cartoon! Tanto en mundos hiperrealistas como en fantasiosos, unos materiales que se atañen a leyes físicas arrojarán los mejores resultados.

Los dos workflows de los materiales PBR: Metallic/Roughness y Specular/Glossiness

Si hay algo de los materiales PBR que causa confusión es la coexistencia de dos workflows ligeramente distintos, cada uno con tres mapas propios.

Texturas del PBR-Metallic:

  • Base Color: el mapa de color percibido, incluyendo el color de los metales.
  • Roughness: la rugosidad de la superficie.
  • Metallic: las zonas metálicas en blanco y las dieléctricas (no metales) en negro.

PBR-Metallic es más adecuado para videojuegos. De hecho, es el que usa el material por defecto en los motores más extendidos. Dado que el mapa metallic es blanco y negro, puede empaquetarse junto con otros dos en escala de grises en los tres canales RGB de una única textura, ahorrando valiosa memoria.

Texturas del PBR-Specular:

  • Albedo: el color, con las zonas metálicas en negro.
  • Glossiness: lo opuesto al “roughness”, una medida de cuán pulida está la superficie.
  • Specular: el color de la reflexión especular, de color para los metales y blanca para los dieléctricos. Esto “devuelve” el color allí donde el albedo estaba negro.

La ventaja de PBR-Specular es la mayor precisión al usar tres canales a la vez en lugar de blanco y negro como el mapa metallic. Ello puede evitar artefactos indeseados en contadas ocasiones, aunque las diferencias suelen ser mínimas.

Mapas comunes a ambos workflows

    Existen un sinfín de texturas aplicables a materiales para definir otras propiedades:

  • Normal: aplica un efecto óptico que crea sombras sobre el material como si hubiera un detalle poligonal allí donde no lo hay. Simula profundidad en objetos planos con un mínimo impacto en el rendimiento.
  • Height: también es información de relieve, pero en este caso desplaza físicamente los vértices de la malla, lo que requiere una enorme cantidad de polígonos (no aconsejable en videojuegos).
  • Ambient occlusion (AO): crea un sombreado en los recovecos del objeto o la escena donde llega menos luz ambiental.
  • Translucent: define áreas translúcidas o transparentes.
  • Emisión: convierte al material en no sólo reflector, sino emisor de luz propia.
  • Anisotrópico: si bien por defecto los materiales son isotrópicos (el reflejo se extiende en todas direcciones por igual), algunos objetos, como un CD, reflejan la luz con marcada direccionalidad.
  • Subsurface Scattering (SSS): da información sobre el color del interior del objeto. Se combina con un mapa de grosor con tal de detectar las zonas más delgadas y simular que la luz pasa a través de él.
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