Le PBR (Physically Based Rendering) expliqué : un guide rapide

Définition

Le Physically Based Rendering (PBR) est une technique utilisée en infographie pour représenter les matériaux en 3D et émuler la façon dont la lumière interagit avec eux dans le monde réel.

Le PBR vise à atteindre le réalisme en simulant les propriétés physiques des matériaux dans toutes les conditions d'éclairage. Cette approche simplifie le processus de conception et aide les architectes et les designers d'intérieur à créer des environnements 3D plus réalistes.

Composants clés du PBR : les cartes de texture

Le PBR s'appuie sur des cartes de texture spécialisées qui définissent ensemble les propriétés d'un matériau et la manière dont il interagit avec la lumière.

Point clé : Ces cartes ne représentent pas l'aspect du matériau sur une photo. Elles fournissent plutôt les « ingrédients » bruts que le moteur de rendu utilise, en conjonction avec la lumière et les calculs basés sur la physique, pour produire une image finale réaliste.

Figure 1.

Sur la gauche de l'image ci-dessus, un modèle 3D d'une sphère a été superposé à un ensemble de cartes de texture PBR provenant d'un matériau en pierre. Les textures PBR sont généralement représentées sur des sphères pour montrer comment la lumière interagit avec la surface en fonction de son orientation.

À droite, ces cartes de texture décrivent les propriétés de réflexion de la lumière du matériau. Elles ont été mesurées sur un matériau réel à l'aide d'un scanner spécialisé développé par Lightbeans. Ensemble, ces cartes décrivent la manière dont la lumière interagit avec le matériau.

Voici un aperçu des cartes principales :

A. (Figure 1.)

Carte d'albédo (couleur de base)

Cette carte définit la couleur brute d'une surface. Il s'agit de la couleur réelle du matériau lorsqu'il est éclairé uniformément par une lumière blanche neutre. Dans un processus de travail PBR, les termes Couleur, Carte de base, Albédo et Diffuse sont tous synonymes. La couleur résulte de la lumière réfléchie par le matériau après s'être dispersée à l'intérieur.

Vous avez peut-être remarqué que les bords de la carte s'alignent parfaitement lorsqu'ils sont répétés, créant ainsi un motif sans couture. La carte est dite « tuilable ». Cela signifie que l'image peut être répétée dans n'importe quelle direction sans présenter de coutures ou de bords visibles comme s'il s'agissait d'une image continue. Cette caractéristique est particulièrement utile pour les produits en pierre et en brique qui sont souvent disposés selon un motif structuré et répétitif.

B. (Figure 1.)

Carte normale (alias Bump)

Cette carte ajoute une couche de détails de surface simulés à haute fréquence. Elle fait croire au moteur de rendu qu'il existe des détails géométriques (bosses, rayures, etc.) sans nécessiter de modèles 3D complexes, ce qui améliore considérablement le réalisme. Ses couleurs vont généralement du bleu au rose et du cyan au violet. Elles codent l'orientation de la surface. Selon les conventions, le cyan indique que la surface est orientée vers le haut, tandis que le rose indique qu'elle est orientée vers le bas.

C. (Figure 1.)

Carte de déplacement (alias hauteur ou profondeur)

Comme leur nom l'indique, ces mappings déplacent physiquement la surface à laquelle ils sont appliqués. Le déplacement est utilisé pour les grands changements de géométrie, puis les normales ou les bosses pour les détails fins. Le déplacement permet également d'améliorer le réalisme des silhouettes, comme on peut le voir sur le contour de la sphère de la figure 1.

D. (Figure 1.)

Carte de rugosité (ou de brillance)

En fonction de votre logiciel, cette carte peut être appelée Brillance ou Rugosité. Cette carte contrôle le caractère lisse ou rugueux d'une surface à un niveau microscopique. Cette rugosité affecte la manière dont la lumière se reflète sans se disperser à l'intérieur du matériau - les surfaces lisses créent des réflexions spéculaires nettes (comme un miroir), tandis que les surfaces rugueuses produisent des réflexions floues ou diffuses.

Une valeur de rugosité de 0 correspond à une surface sans diffusion de la lumière et à des réflexions nettes, tandis qu'une valeur de 1 indique une diffusion maximale de la lumière et des réflexions diffuses. Les cartes de rugosité utilisent une échelle de gris où le blanc représente la rugosité la plus élevée et le noir une surface lisse et brillante. Une carte de brillance est essentiellement l'inverse d'une carte de rugosité en termes de valeurs. En d'autres termes, là où une carte de rugosité a des valeurs plus élevées indiquant une plus grande rugosité, une carte de brillance a des valeurs plus élevées indiquant une plus grande douceur.

E. (Figure 1.)

Carte de réflexion (alias spéculaire)

Les cartes de réflexion sont étroitement liées à la brillance (rugosité) et indiquent l'intensité de la réflexion spéculaire. Les matériaux qui ne conduisent pas l'électricité reflètent généralement la couleur de la source lumineuse avec plus ou moins d'intensité en fonction de la valeur de la réflexion. Pour les métaux (conducteurs), la réflexion sera colorée et appelée couleur de réflectance.

F. (Figure 1.)

Carte d'occlusion ambiante

Utilisée pour simuler des ombres subtiles aux endroits où les surfaces se rejoignent (plis, coins), ce qui ajoute de la profondeur et du réalisme.

Le PBR dans l'architecture et la décoration d'intérieur

La capacité du PBR à modéliser le comportement de la lumière et son interaction avec les matériaux la rend extrêmement précieuse pour les architectes et les designers d'intérieur. Voici pourquoi :

• Visualisations réalistes : Les rendus PBR offrent des images photoréalistes, permettant aux clients de prévisualiser les espaces avec une précision remarquable. C'est essentiel lorsqu'il s'agit de visualiser les différentes conditions d'éclairage tout au long de la journée, de mettre en valeur les nuances subtiles des matériaux sous différentes directions de lumière ou de démontrer l'impact de différentes sources de lumière.

• Des choix de conception éclairés : Les clients peuvent faire des choix en toute confiance en visualisant différents bardages extérieurs ou maçonneries, textures de tissus, comptoirs ou même couleurs de peinture (carte d'albédo) dans des scénarios d'éclairage précis et réalistes. Cela permet d'éviter des surprises coûteuses et d'améliorer le processus global de collaboration.

• Un processus de travail efficace : L'accent mis par le PBR sur des paramètres physiquement exacts permet de gagner en efficacité. Les matériaux sont plus facilement réutilisables, ce qui réduit la nécessité d'un réglage manuel spécifique à chaque scène, comme c'était souvent le cas avec les anciennes méthodes. Les concepteurs peuvent ainsi se concentrer davantage sur la créativité et moins sur les détails techniques.

Voici un exemple de texture de pierre Lightbeans intégrée dans un environnement 3D :

La recherche d'un contenu visuel plus réaliste et normalisé, associée aux progrès de la puissance de calcul des ordinateurs, a conduit à l'adoption de la PBR comme standard dans les secteurs de l'architecture et de la conception. Les outils logiciels conçus pour ces secteurs, tels qu'Autodesk Revit, SketchUp et Lumion, intègrent progressivement des fonctionnalités PBR, reflétant ainsi l'évolution de l'industrie vers des visualisations plus sophistiquées et plus réalistes. Voici une liste des meilleurs logiciels de conception 3D pour les architectes et les designers.

Comment Lightbeans utilise la PBR

Lightbeans exploite cette technologie pour établir une nouvelle norme en matière de présentation numérique des matériaux de surface.

Avec le PBR, nous pouvons reproduire un large éventail de matériaux provenant de fabricants réels dans des textures téléchargeables, tuilables et en haute résolution pour le rendu 3D. Cela permet de s'assurer que les finitions présentées aux clients sont disponibles auprès d'un fournisseur réel en Amérique du Nord. Explorez la bibliothèque de textures gratuites ici.

Résumé

En conclusion, n'oubliez pas que le PBR est plus qu'une simple tendance ou un mot à la mode. Il s'agit d'une révolution dans le monde du rendu 3D, qui promet d'apporter des images encore plus réalistes à votre écran. Alors, que vous soyez architecte, designer d'intérieur ou simplement curieux, considérez le PBR comme votre prochaine étape dans la création de modèles 3D plus réalistes.