Risposte:
Questo è un argomento molto più ampio di quello che può essere trattato in una risposta, ma brevemente:
L'ombreggiatura su base fisica significa lasciarsi alle spalle modelli fenomenologici , come il modello di ombreggiatura Phong, che sono semplicemente costruiti per "apparire bene" soggettivamente senza essere basati sulla fisica in alcun modo reale e passare a modelli di illuminazione e ombreggiatura derivati dalle leggi di fisica e / o dalle reali misurazioni del mondo reale e obbedire rigorosamente a vincoli fisici come il risparmio energetico.
Ad esempio, in molti sistemi di rendering precedenti, i modelli di ombreggiatura includevano controlli separati per le luci speculari da punti luce e riflesso dell'ambiente tramite una mappa cubica. Potresti creare uno shader con lo speculare e la riflessione impostati su valori selvaggiamente diversi, anche se entrambi sono esempi dello stesso processo fisico . Inoltre, è possibile impostare il speculare su qualsiasi luminosità arbitraria, anche se indurrebbe la superficie a riflettere più energia di quella effettivamente ricevuta.
In un sistema fisicamente basato, sia la luce speculare che la riflessione ambientale sarebbero controllate dallo stesso parametro, e il sistema sarebbe impostato per regolare automaticamente la luminosità di entrambi i componenti speculare e diffuso per mantenere il risparmio energetico complessivo. Inoltre, si desidera impostare la luminosità speculare su un valore realistico per il materiale che si sta tentando di simulare, in base alle misurazioni.
L'illuminazione o l'ombreggiatura su base fisica include BRDF su base fisica, che di solito si basano sulla teoria del microfacet e un trasporto di luce fisicamente corretto, che si basa sull'equazione di rendering (sebbene fortemente approssimata nel caso di giochi in tempo reale).
Include anche le modifiche necessarie nel processo artistico per utilizzare queste funzionalità. Il passaggio a un sistema basato fisicamente può causare alcuni disagi agli artisti. Innanzitutto richiede un'illuminazione full HDR con un livello realistico di luminosità per le sorgenti luminose, il cielo, ecc. E questo può richiedere un po 'di tempo per abituarsi agli artisti dell'illuminazione. Richiede inoltre agli artisti delle trame / materiali di fare alcune cose in modo diverso (in particolare per i speculari) e possono essere frustrati dall'apparente perdita di controllo (ad esempio, bloccando insieme l'evidenziazione speculare e la riflessione sull'ambiente come menzionato sopra; gli artisti si lamenteranno di questo). Avranno bisogno di tempo e assistenza per adattarsi al sistema basato sulla fisica.
Tra i lati positivi, una volta che gli artisti si sono adattati e hanno acquisito fiducia nel sistema basato sulla fisica, di solito finiscono per apprezzarlo meglio, perché nel complesso ci sono meno parametri (meno lavoro per loro da modificare). Inoltre, i materiali creati in un ambiente di illuminazione sembrano generalmente buoni anche in altri ambienti di illuminazione. Questo è diverso dai modelli più ad-hoc, in cui un insieme di parametri materiali potrebbe apparire buono durante il giorno, ma esce ridicolmente luminoso di notte, o qualcosa del genere.
Ecco alcune risorse da guardare per l'illuminazione fisica nei giochi:
E, naturalmente, sarei negligente se non menzionassi il rendering basato sul fisico di Pharr e Humphreys, un riferimento straordinario su tutto questo argomento e che merita il tuo tempo, anche se si concentra sul rendering offline piuttosto che in tempo reale.
"Fisicamente corretto" significa che il risultato sembra che apparirebbe nella realtà, supponendo che la realtà sarebbe modellata e strutturata allo stesso modo. Ciò significa ad esempio che tutte le superfici riflettono la luce, per lo più diffusa, quindi la maggior parte della luce è indiretta. Inoltre, la luce può viaggiare attraverso i materiali.
E sì, una parte specifica di un fulmine fisicamente realistico include la corretta modellazione della luce riflessa da una superficie. Phong è un'approssimazione ragionevole, ma funziona bene solo per le sorgenti luminose puntiformi, quindi non per le sorgenti luminose indirette, che avrai molto in una scena fisicamente realistica.
Tieni presente che "fisicamente corretto" è ancora un'area di ricerca, non solo come modellarla su un computer, ma anche sulla realtà. Solo pochi anni fa gli scienziati hanno scoperto che alcuni cristalli riflettenti riflettono il doppio della quantità di luce sulla sorgente rispetto ad altre direzioni.