Grundlagen

Für die Darstellung von Materialien nutzt EasternGraphics seit dem Herbst 2018 ein neues Materialmodell. Die neuen Materialien werden in den neuen pCon-Anwendungen genutzt. Im Folgenden lernen Sie das physikalische Rendering (physically based rendering oder kurz PBR) kennen.

Sie erfahren die wesentlichen Grundlagen des PBR und werden in seine Parameter eingeführt. Auch Hinweise und Beispiele zum Anlegen von Materialien nach dem PBR sowie Tipps zum Umgang mit alten Materialien finden Sie im Weiterführenden.

Ihre bereits vorhandenen Materialien werden automatisch für das PBR konvertiert. Sie müssen diese also meist nicht überarbeiten. Welche Anpassungen in einigen Fällen dennoch notwendig sein könnten, erfahren Sie hier.

Vorteile des physikalischen Renderings

Der Wechsel zum PBR bringt für Materialanleger und Endanwender viele Vorteile mit sich:

•Realistische und ansprechende Darstellung von Materialien und damit Gegenständen im Echtzeitmodus

•Die neuen Materialien werden beim Rendering mit OSPRay unterstützt

•Funktioniert in allen Beleuchtungsszenarien

•Materialien verhalten sich physikalisch plausibel

•Beschränkung auf wenige Parameter: Verbesserte Benutzerfreundlichkeit im pCon.planner

•Weniger wechselseitige Abhängigkeit bei den Einstellungen

•Alle neuen pCon-Anwendungen nutzen das neue Materialmodell – Materialien müssen also nur einmal optimiert werden

Grundlagen: Physikalisches Rendering

PBR simuliert, was geschieht, wenn Licht auf eine Oberfläche trifft: Ein physikalisch korrekt beschriebenes Material interagiert mit Licht auf unterschiedliche Arten: Es wirft Licht zurück (Reflexion), bricht es (Refraktion) oder schluckt es (Absorption). Für uns ist ein Material sichtbar, weil es einfallendes Licht reflektiert. Alternativ nehmen wir auch Materialien wahr, die selbst Licht aussenden.

Unter natürlichen Bedingungen wird Licht nicht zu hundert Prozent absorbiert, reflektiert oder gebrochen – alle Materialien bewegen sich in dem Spektrum zwischen diesen Extremen.

Materialeigenschaften und Interaktion von Licht und Material

Die drei oben genannten grundsätzlichen Möglichkeiten der Interaktion von Licht und Material werden auch durch die Materialeigenschaften gesteuert.

•Der spekulare Anteil der Reflexion wird direkt an der Oberfläche zurückgeworfen.

•Diffuse Reflexion entsteht durch Streuung innerhalb des Materials: Lichtstrahlen dringen ein Stück weit in das Material ein und werden in verschiedene Richtungen abgelenkt.

•Metalle reflektieren ausschließlich spekular, Nichtmetalle überwiegend diffus.

•Je nach Materialbeschaffenheit dringen die Lichtstrahlen tiefer in das Material ein. Sie werden entweder durch das Material hindurchgeleitet (Transparenz), innerhalb des Materials zurückgeworfen (Transluzenz) oder vom Material geschluckt (Absorption).

Eigenschaften des Lichts und Interaktion von Licht und Material

Zusätzlich zu den Materialeigenschaften werden auch die physikalischen Eigenschaften des Lichts beim PBR integriert.

•Nach dem Grundsatz der Energieerhaltung wird nie mehr Licht reflektiert, als einstrahlt. Ein – nicht selbstleuchtendes – Material wird der Beleuchtung der Umgebung entsprechend dargestellt.

•Die Menge der reflektierten Lichtstrahlen ist vom Blickwinkel abhängig. Dieser sogenannte Fresnel-Effekt beeinflusst zum Beispiel, ob Glanzpunkte auf der Oberfläche in der Farbe des Materials erscheinen oder sich einem weißen Ton annähern.

•Die Werte der verschiedenen Parameter des Materialmodells sind linear.

Parameter im pCon.planner

Auf den zuvor erörterten Grundlagen basiert die Implementierung des neuen Materialmodells im pCon.planner.

Die Eigenschaften des Lichts werden über den Shader simuliert und sind nicht direkt durch den Benutzer beeinflussbar. Die Materialtypen und deren entsprechenden Materialeigenschaften hingegen sind die Hebel für die Erstellung physikalisch stimmiger Materialien. Wie Sie physikalisch korrekte Materialien im pCon.planner anlegen, erfahren Sie in diesem Kapitel.

Materialien anlegen: Tipps

Mit dem Materialeditor im pCon.planner legen Sie verschiedene Materialien an. Wir haben für Sie einige wichtige Hinweise zusammengetragen:

•Erstellen Sie Materialien direkt im pCon.planner, um zu physikalisch korrekten Ergebnissen zu gelangen.

•Nutzen Sie Materialien, die mit dem neuen Modell angelegt worden sind, in einer aktuellen Version des pCon.planners beziehungsweise in einer aktuellen Version Ihrer pCon-Anwendung. Ältere Versionen des pCon.planners können das Aussehen der neuen Materialien negativ beeinflussen.

•Wir empfehlen Ihnen, eine der Vorlagen aus dem Materialeditor auszuwählen: Ob Glas, Metall, Nicht-Metall oder selbstleuchtendes Material – dort finden Sie die passende Basis für Ihre eigenen Kreationen.

•Bitte beachten Sie den Unterschied zwischen Materialtyp (Glas, Standard und Selbstleuchtend) und Vorlage: Eine Vorlage basiert immer auf einem Materialtyp: Milchglas basiert auf Glas, Holz, Stoff oder Kunststoff werden anhand des Standardmaterials erstellt…

Hinweise zur Farbsättigung

Physikalisch korrekte Materialien können in besonders hellen Bereichen kontrastärmer erscheinen als beabsichtigt. Das Verhalten tritt im Darstellungsmodus Realistisch oder auf OSPRay-Bildern auf. Die fehlende Sättigung liegt jedoch nicht im Material selbst gegründet, sondern ist darstellungsbedingt und wird durch eine zu helle Umgebung hervorgerufen. Beachten Sie dazu die folgenden Hinweise:

•Ändern Sie NICHT die Sättigung des Materials. Eine Änderung der Helligkeit oder eine Anpassung der Sättigung des Materials mit einem externen Programm würde zu ungewünschten Verfälschungen des Materials führen.

•Wechseln Sie in den Darstellungsmodus Texturiert, um während des Planens Materialien und Texturen in originaler Darstellung zu betrachten.

•Beim Rendering mit OSPRay verwenden Sie die Einstellungen zum Farbton-Mapping, um Helligkeit und Kontrast im Bild anzupassen.

Konvertierung alter Materialien

Materialien, die vor dem pCon.planner 8.0 angelegt worden sind, werden automatisch auf das neue Modell konvertiert. In seltenen Fällen können dennoch Änderungen notwendig werden:

•In einigen Fällen glänzen Materialien stärker als in früheren Versionen des pCon.planners. Justieren Sie am Regler für die Rauheit im Materialeditor nach.

•Eventuell werden Metalle nicht als solche erkannt (dies kann zum Beispiel bei Chrom der Fall sein). Für diese Materialien stellen Sie im Materialeditor den Regler Metallisch auf 100%.

Möchten Sie diese Änderungen nicht im pCon.planner vornehmen (zum Beispiel im Zuge der OFML-Datenanlage), empfehlen wir Ihnen den Export als MAT-Datei:

1.Setzen Sie zuerst in der Filterfunktion des Materialeditors einen Haken bei Schreibgeschützt. Die Materialien Ihrer OFML-Artikel werden nun angezeigt.

2.Wählen Sie das betroffene Material im Materialeditor aus.

3.Öffnen Sie mit einem Rechtsklick das Kontextmenü.

4.Klicken Sie Exportieren.

5.Wählen Sie *.mat als Dateityp aus.

Im Anschluss bearbeiten Sie Ihr Material wie gewohnt außerhalb des pCon.planners.

Links und Quellen

•Normal Maps aus Texturen erzeugen: https://www.smart-page.net/smartnormal/

•Bilder unter CC0-Lizenz zur Bearbeitung als Texturen unter: https://pixabay.com/de/ (CC0 beim jeweiligen Bild angegeben)

•Texturen und Maps unter CC0-Lizenz: https://cc0textures.com/home

•Farbwerte ermitteln, Hexadezimal und RGB: https://www.farb-tabelle.de/de/farbtabelle.htm

•Reflexionseigenschaften nach Metallart: https://refractiveindex.info/