PBR-Materialien - Einfach erklärt!

Materialien PBR (Physically Based Rendering) ist eine 3D-Rendering-Technologie, die die Farben und Texturen der in der Szene verwendeten Materialien gemäß den physikalischen Gesetzen des Lichts so interpretiert, wie sie in der Realität vorkommen würden.

Die Farbe und Textur von Dingen helfen unserem Gehirn zu entschlüsseln, wie sie wirklich sind, und deshalb sind hochrealistische Materialien ein grundlegender Bestandteil von 3D-Renderings. Die Farbe eines Objekts ist das Ergebnis der Kombination verschiedener Elemente, und diese Zerlegung ist das, was PBR-Materialien uns liefern.

In diesem Artikel werden wir detailliert beschreiben, wie PBR-Materialien und ihre Texturmaps funktionieren, damit Sie das Beste aus Ihren Projekten herausholen können.

Wie funktionieren PBR-Materialien?

Ein PBR-Material enthält detaillierte Informationen zu den verschiedenen Aspekten, aus denen es besteht. Wir können das Material in sogenannte Maps unterteilen.

Es handelt sich daher um hochdetaillierte, realistische und hochgradig konfigurierbare Materialien. Detailliert, weil es Reliefs, Schatten und Lichter, Verschiebungen, mehr oder weniger helle Bereiche und alle Arten von Details hat, die es definieren. Realistisch, weil es sich im Licht so verhält, wie es das Material in der Realität tun würde. Und konfigurierbar, weil die Zusammenstellung verschiedener Maps sehr präzise Anpassungen der einzelnen Aspekte dieser PBR-Materialien ermöglicht.

• Der Detaillierungsgrad wird durch die Normalmap bereitgestellt.
• Die Hauptfarbe des Materials wird von der Albedo-/Colour-/Diffusemap bereitgestellt.
• Die Verschiebung der sich bildenden Geometrie wird durch die Displacementmap definiert.
• Die Menge der Lichtreflexion wird mit der Reflectivitymap reguliert.
• Die Oberflächenrauheit des PBR-Materials erscheint auf der Roughnessmap
• Darüber hinaus gibt es andere Arten von Anpassungen, die dem Material Transparenz, Leuchtkraft, Alterung usw. verleihen können.

Es ist wichtig, die Anzahl der Maps zu maximieren, die wir für ein Material benötigen, da nicht alle Arten von Materialien alle Maps benötigen.

Was bedeutet es, mit PBR-Materialien zu arbeiten?

Wenn Ihnen eine 3D-Rendering-Software einen vollständigen Workflow mit PBR-Materialien bietet, bedeutet dies, dass Sie jede Ihrer Texturen mit mindestens 6 verschiedenen Maps definieren können.

Unabhängig davon, ob wir das Material aus einem Bild erstellen oder es von einer Materialseite herunterladen, können wir verschiedene Maps verwenden, um einzigartige und hochrealistische PBR-Materialien zu erstellen.

Was sind PBR-Maps?

Als Nächstes sehen wir uns an, welche Materialinformationen jede ihrer Maps bereitstellt, damit Sie entscheiden können, wie Sie sie verwenden, wenn Sie Materialien und Texturen auf die 3D-Szene anwenden.

Texturmap (Textur): 

Diese Karte gibt Auskunft über die allgemeine Farbe des Materials, sie wäre in Wirklichkeit das Äquivalent zu einer Fotografie des Materials selbst.

Es kann auch als Diffuse Map oder Albedo Map bezeichnet werden (Albedo bedeutet, dass es sich um eine Version der flachen Farbe ohne Glanzlichter oder Schatten der Textur handelt).

Normalmap (Relief):

Erzeugt den Prägeeffekt auf dem Material, ohne dass die eigentlichen Polygone vorhanden sind. Die Funktionsweise dieser Map besteht darin, den verschiedenen Ausrichtungen der Oberfläche drei Farben zuzuordnen. Auf diese Weise interpretiert die Rendering-Engine das Volumen und übersetzt es in Bereiche mit mehr Licht oder mehr Schatten.

Roughnessmap (Unebenheit): 

Es wird verwendet, um dem Material verschiedene Arten von Verschleiß zu verleihen, es kann für kleine Details oder Kratzer, Schmutz, Brüche usw. verwendet werden. 

Reflectivitymap (Spiegelung):

Gibt an, wie viel Licht von der Materialoberfläche reflektiert wird. Wenn das PBR-Material das Licht in allen seinen Teilen gleichmäßig reflektiert, hat diese Map eine flache Farbe, aber wenn es einige Bereiche gibt, die heller als andere sind, hat die Karte eine Grauskala, wo die weißen Bereiche der Map mehr Reflexion und die dunklen wenig Reflexion anzeigen. 

Metalnessmap (Metalness): 

Sie bestimmt, ob ein Material metallisch ist oder nicht. Diese Karte wird normalerweise in vollständig metallischen Materialien verwendet, also ist es eine flache schwarze Farbe, es kann jedoch sein, dass wir mit PBR-Materialien arbeiten, bei denen einige Teile metallischer sind als andere, wie z. B. ein metallisches Netz oder ein Konglomerat aus Steinen mit metallischen Partikeln, in diesem Fall wiederum in Graustufen, wird bestimmt, welche Teile metallischer sind als der Rest.

Emissivenessmap (Emissionsstärke):

Wenn wir ein emittierendes Material haben und die Emission nicht über die gesamte Oberfläche gleichmäßig ist, können wir eine Map laden, die ähnlich wie eine Maske wirkt, und definieren, welche Teile des Materials Licht emittieren und welche Teile nicht.

Displacementmap:

Im Gegensatz zur Normal Map erzeugt diese Map Bewegung in den Bildpunkten. Sie wird auf Materialien mit vielen Polygonen und hoher Auflösung angewendet. Diese Map hat keinen optischen Effekt wie die Normal Map, sondern verschiebt Punkte des Meshes und modifiziert echte Polygone. Es ist eine der Karten, die mehr Realismus bietet.

Transparencymap (Transparenz):

Für Materialien mit transparenten oder halbtransparenten Teilen kann eine Graustufenkarte verwendet werden, wobei Weiß vollständig transparent und Schwarz überhaupt nicht transparent ist.

Andere Effekte, die bei Bedarf auf PBR-Materialien angewendet werden können

Glanzkarte:

Dieser Wert kann mit dem Reflexionswert verwechselt werden, zeigt jedoch andere Aspekte. Obwohl die Reflectivitymap definiert, wie stark das Material Licht reflektiert, definiert die Glanzkarte, wie deutlich die Reflexion auf den Oberflächen ist.

Umgebungsokklusion: 

Dieser Effekt erzeugt kleine Schatten und Glanzlichter, die in nicht direkt beleuchteten Bereichen erzeugt werden. Bei Verwendung von Render-Engines mit Raytracing-Technologie ist es nicht notwendig, diese Karte zu verwenden, da diese Berechnungen automatisch mit den Lichtreflexen durchgeführt werden.

Lichtstreuung:

Mit dieser Einstellung können Sie die Lichtmenge regulieren, die durch ein PBR-Material fällt, wenn es beleuchtet wird. Es macht Formen lichtdurchlässig, insbesondere an ihren Rändern.

Wo kann man PBR-Materialien kostenlos herunterladen?

Nachdem Sie nun alle Möglichkeiten gesehen haben, die Ihnen dieser vollständige Workflow bietet, möchten Sie ihn sicherlich ausprobieren. Karten können aus einem Bild eines realen Materials mit einem Bildbearbeitungstool erstellt werden, es gibt jedoch zahlreiche PBR-Materialbibliotheken, in die die Karten heruntergeladen und für die direkte Anwendung erstellt werden können.

In unserem offiziellen Forum finden Sie einen Abschnitt mit einigen Websites, wo Sie PBR-Materialien mit ihren Texturen herunterladen können.

Das Beispielmaterial, das wir zur Veranschaulichung dieses Artikels verwendet haben, stammt aus der Bibliothek dieser Webseite.

Schlussfolgerungen zu PBR-Materialien

Wann können Sie all diese Karten beim Erstellen verwenden

Materialien für Ihre 3D-Renderings eröffnen Ihnen eine Vielzahl von Möglichkeiten, da die Anpassung von Materialien und der Workflow mit PBR-Materialien abgeschlossen sind.

Es spielt keine Rolle, ob Sie eines der Bibliotheksmaterialien verbessern möchten oder ob Sie es vorziehen, Ihr eigenes Material von Grund auf neu zu erstellen. Mit der neuen Version Lumion 2023 stehen Ihnen alle Optionen zur Verfügung. Wenn Sie es noch nicht ausprobiert haben, können Sie hier die kostenlose Lumion PRO Testversion anfordern.