PBR Texture Maps: Повний список (і що кожна з них робить)

“

• Матеріали PBR використовують кілька карт, а не одну текстуру.
• Base Color, Normal, Roughness і Metallic є основними картами.
• AO, Displacement, Emissive і Opacity додають реалістичності, коли це потрібно.
• Metallic/Roughness сьогодні є типовим workflow для більшості нових assets.
• Tripo AI може генерувати PBR-ready текстури з prompts або references.

PBR, або Physically Based Rendering, текстури - це не одне зображення. Це набір спеціалізованих карт, і кожна карта керує окремою властивістю того, як поверхня виглядає та реагує на світло. Найважливіші PBR-карти - це Base Color, Normal, Roughness і Metallic, але повноцінний PBR asset може містити й більше типів карт залежно від складності.

Розуміння того, що робить кожна карта, і що означає чорний або білий колір на кожному зображенні у відтінках сірого, - це різниця між тим, щоб навмання підбирати налаштування матеріалу, і тим, щоб точно знати, що саме потрібно скоригувати. Попит на готові до production 3D assets швидко зростає: за прогнозом Grand View Research, глобальний ринок 3D digital assets досягне приблизно USD 60.6 billion by 2030. У цьому посібнику розглянуто кожен основний тип PBR texture map, що саме він контролює та як його створити або згенерувати.

Що таке PBR Texture Maps?

PBR texture maps - це зображення, які повідомляють render engine, як поверхня має поводитися під світлом. Замість того щоб малювати одну пласку текстуру, у якій колір, тіні, відблиски та віддзеркалення запечені разом, PBR розділяє властивості поверхні на окремі карти.

Матеріал PBR схожий на набір інструкцій у кілька шарів. Одна map керує кольором. Інша керує імітацією нерівностей поверхні. Ще одна керує чіткістю відбиття. Інша повідомляє рендереру, чи є поверхня металом або неметалом. Рушій зчитує їх разом і обчислює, як матеріал має виглядати за різних умов освітлення.

Існує два основні PBR workflows. Найпоширеніший сьогодні - це Metallic/Roughness workflow, який використовується в сучасних real-time pipelines, таких як Unreal Engine, Unity, Blender’s Principled BSDF, glTF і USD. Старіший Specular/Glossiness workflow усе ще трапляється в деяких VFX та застарілих rendering pipelines.

Для більшості нових проєктів спочатку вивчіть Metallic/Roughness. Цей workflow починається з чотирьох основних maps.

Чотири основні PBR maps

Чотири основні PBR maps - це Base Color, Normal, Roughness і Metallic. Ці maps є основою більшості сучасних 3D assets. Якщо ви створюєте ігровий проп, персонажа, product render, AR model або ecommerce asset, саме ці maps ви використовуватимете найчастіше.

Базовий колір (Albedo)

Карта базового кольору, яку часто називають Albedo, зберігає чистий колір і візерунок поверхні. Вона не повинна містити запечене освітлення, сильні тіні, відблиски, віддзеркалення або ambient occlusion. Думайте про неї як про колір матеріалу за нейтрального освітлення.

Наприклад, карта базового кольору дерев'яного столу містить коричневу текстуру деревини. Пофарбований металевий шолом містить колір фарби та дизайн. Бетонна стіна містить сірий колір поверхні та плями, але не сильні напрямлені тіні.

У поясненні в градаціях сірого чорний означає, що поверхня майже не відбиває видимого кольору, тоді як білий означає дуже яскравий колір поверхні. На практиці Base Color зазвичай є повноколірною RGB-текстурою, а не чорно-білою картою.

У physics-based workflow цю карту називають Albedo, тому що вона представляє колір, який поверхня відбиває без впливу освітлення. У старіших workflow її можуть називати Diffuse або Color Map, але в справжньому PBR термін “Diffuse” може вводити в оману, тому що старі diffuse maps часто містять намальовані тіні.

Корисне правило для художника: уникайте чистого чорного або чистого білого, якщо матеріал справді цього не потребує. Дуже темні матеріали часто мають залишатися вище значення 30–50, тому що чистий чорний у багатьох схемах освітлення може виглядати як діра в просторі.

Карта нормалей

Карта нормалей — це синьо-фіолетова текстура, яка робить поверхню деталізованою без додавання нової геометрії. Вона не переміщує вершини. Натомість вона змінює те, як світло реагує на поверхню, створюючи ілюзію нерівностей, подряпин, пор, плетіння тканини, заклепок, тріщин або вирізаного тексту.

Карти нормалей виглядають синіми та фіолетовими, тому що кодують напрямок поверхні. У tangent-space normal map червоний і зелений канали зберігають боковий напрямок поверхні, тоді як синій канал зберігає зовнішній напрямок. Переважно синьо-фіолетовий колір означає “плоска поверхня”. Невеликі зміни кольору підказують рендереру змінити освітлення так, ніби поверхня має дрібні деталі.

Саме тому карти нормалей настільки корисні в іграх. Low-poly модель може виглядати значно багатшою, якщо має сильну карту нормалей. Персонаж із 20,000 полігонів може здаватися набагато більш пропрацьованим у скульпті, тому що карта імітує зморшки, вм'ятини на броні, шви та пори шкіри.

Карти нормалей зазвичай створюють шляхом запікання деталей із high-poly sculpt на low-poly модель у таких інструментах, як Blender, Substance 3D Painter або Marmoset Toolbag. Їх також можна генерувати з height information, фотографій або AI-інструментів для текстурування.

На відміну від карт Roughness або Metallic, чорний і білий тут не мають простих значень. Карта нормалей зберігає напрямок, а не яскравість.

Карта шорсткості

Карта шорсткості керує тим, наскільки чіткими або розмитими виглядають віддзеркалення на поверхні. Зазвичай це карта в градаціях сірого, де чорний означає гладку поверхню, а білий — шорстку.

Чорний, або шорсткість 0.0, створює чіткі дзеркалоподібні віддзеркалення. Уявіть полірований хром, чисте скло, глянцевий пластик або щойно навощений автомобіль. Білий, або шорсткість 1.0, створює матову поверхню з м'якими, розсіяними віддзеркаленнями. Уявіть крейду, необроблений бетон, суху глину або необроблене дерево.

Більшість реальних матеріалів знаходяться між цими крайнощами. Шліфований метал може мати значення близько 0.3. Людська шкіра може бути близько 0.5. Зношена шкіра може бути близько 0.6. Брудний пластик, запилена фарба та стара гума часто містять варіації шорсткості по всій поверхні.

Поширена помилка початківців — залишати всю карту шорсткості рівномірно сірою на 0.5. Реальні поверхні рідко бувають настільки однорідними. Наприклад, лезо меча не повинно мати однакову шорсткість усюди. Поліроване лезо може бути гладшим, руків'я — шорсткішим, а іржаві ділянки — значно шорсткішими за чистий метал.

У старішому workflow Specular/Glossiness замість цього ви можете побачити Glossiness Map. Glossiness є оберненою величиною до Roughness:

Roughness = 1 - Glossiness

Карта металічності

Карта металічності повідомляє рендереру, чи поводиться поверхня як метал або неметал. Зазвичай це карта в градаціях сірого, але в більшості workflow мають значення лише два значення: чорний і білий.

Чорний означає неметал, який також називають dielectric. Пластик, дерево, шкіра, гума, тканина, камінь, кераміка та пофарбовані поверхні зазвичай мають бути чорними в Metallic Map. Ці матеріали відбивають нейтральні білі або сірі відблиски й при цьому зберігають свій Base Color як дифузний колір поверхні.

Білий означає метал. Золото, мідь, сталь, алюміній, латунь і хром повинні використовувати білі значення металічності. Метали поводяться інакше, тому що не мають такої самої дифузної колірної реакції, як неметали. Їхній Base Color стає відтінком їхніх віддзеркалень. Саме тому золото відбиває золотаве світло, а мідь — червонувато-помаранчеве.

Поширена помилка — робити все трохи металічним. Не встановлюйте для пластику, шкіри, leather, fabric або пофарбованого дерева значення 0.2 metallic лише тому, що ви хочете, щоб це виглядало “cool.” Зазвичай це створює фізично некоректні матеріали.

Більшість чистих матеріалів повинні мати або 0, або 1. Проміжні значення, такі як 0.3–0.7, трапляються рідко й зазвичай представляють перехідні поверхні, як-от кородований, брудний, окиснений або частково зношений метал.

Розширені PBR-карти

Основні чотири карти покривають більшість assets, але додаткові карти можуть додати реалізму або підтримати спеціальні типи поверхонь. Вам не потрібна кожна карта для кожного матеріалу. Використовуйте їх лише тоді, коли вони потрібні asset.

Ambient Occlusion (AO)

Ambient Occlusion Map, або AO Map, — це текстура запечених тіней у відтінках сірого, яка фіксує м’які контактні тіні в тріщинах, кутах, складках, швах та інших тісних ділянках.

Білий колір позначає повністю відкриті ділянки, тоді як чорний вказує на сильне затінення або глибоку тінь.

AO — це не освітлення в реальному часі. Воно попередньо обчислюється і зберігається в текстурі, а потім множиться на Base Color або підключається до AO-входу шейдера.

Без AO поверхні можуть виглядати пласкими або візуально не пов’язаними між собою. З AO кути та контактні ділянки одразу набувають глибини. AO-карти можна запікати в Blender, Marmoset Toolbag, Substance 3D Painter або генерувати з геометрії сітки.

Height / Displacement Map

Height Map або Displacement Map — це текстура у відтінках сірого, яка зміщує геометрію під час рендерингу. На відміну від normal maps, які імітують деталі через освітлення, displacement фізично змінює форму поверхні.

Чорний зазвичай позначає найнижчу точку, білий — найвищу, а середньо-сірий — незмінний рівень поверхні.

Displacement добре працює для цегли, бруківки, різьбленого каменю, кори, розтрісканої землі, ландшафту та деталізованих поверхонь продуктів. Він залишається переконливим на близькій відстані, оскільки може змінювати і геометрію, і силует.

Компромісом є продуктивність. Displacement потребує щільної геометрії або subdivision під час рендерингу, тому частіше використовується у кіно, VFX, archviz і high-end рендерингу, ніж в іграх, чутливих до продуктивності.

Emissive Map

Emissive Map змушує вибрані ділянки поверхні світитися незалежно від освітлення сцени. Вона може містити повноколірну інформацію про свічення або використовувати значення у відтінках сірого для керування яскравістю, тоді як колір задає шейдер.

Чорний означає відсутність емісії, тоді як білий позначає максимальну інтенсивність.

Типові приклади використання: LEDs, неонові вивіски, sci-fi панелі, сяйливі руни, тріщини з лавою, екрани, голограми, магічні ефекти та сяйливі очі. У рушіях реального часу emissive maps також можуть активувати bloom.

Opacity / Alpha Map

Opacity Map, або Alpha Map, керує прозорістю поверхні.

Чорний означає повну прозорість, білий — повну непрозорість, а сірий створює часткову прозорість, якщо це підтримується матеріалом.

Opacity maps часто використовуються для листя, hair cards, парканів, мережива, decals, рваного паперу, скла та інших складних поверхонь із вирізами.

Alpha cutout використовує бінарну видимість і є ефективним для ігор. Alpha blending підтримує м’яку прозорість для скла, диму, матових матеріалів і ефектів згасання.

Metallic/Roughness vs Specular/Glossiness Workflows

Багато початківців плутаються, бо в різних туторіалах використовуються різні назви карт. Причина проста: існує два PBR workflow.

Якщо ви сьогодні починаєте створювати новий asset, обирайте Metallic/Roughness. Це сучасний стандарт за замовчуванням і найпростіший варіант для перенесення між рушіями та інструментами.

Якщо хтось дає вам карту Glossiness Map, а вашому шейдеру потрібна Roughness, інвертуйте значення відтінків сірого:

Roughness = 1 - Glossiness

Це означає, що чорний стає білим, білий стає чорним, а середньо-сірий залишається середньо-сірим.

Як отримати PBR карти текстур

Розуміння того, що роблять PBR карти, це лише половина процесу. Вам також потрібен спосіб їх створювати. Є три основні підходи.

Перший спосіб — це ручне текстурування за допомогою таких інструментів, як Substance 3D Painter, Blender Texture Paint або Mari. Цей метод дає вам найбільший контроль над подряпинами, брудом, зношенням країв, візерунками тканини та переходами між матеріалами. Однак він також має найкрутішу криву навчання, і на текстурування одного asset може піти 4–20 годин.

Другий варіант — завантаження безкоштовних наборів текстур із бібліотек, таких як Poly Haven, AmbientCG і CC0Textures. Ці сайти надають високоякісні безшовні PBR-матеріали для поширених поверхонь, таких як дерево, цегла, бетон, метал і камінь. Обмеження полягає в тому, що ці матеріали є універсальними й можуть не підійти для конкретного робота, зброї, продукту чи створіння.

Третій підхід — Generate with AI. Tripo AI Texturing може за лічені секунди згенерувати повний набір PBR-карт, включно з Base Color, Normal, Roughness і Metallic, безпосередньо на вашій 3D-моделі за текстовим запитом. Ви можете описати бажаний вигляд, переглянути згенеровану текстуру та доопрацювати її перед експортом.

Після генерації 3D texture upscaling від Tripo покращує роздільну здатність карт і деталізацію поверхні, роблячи результат більш придатним для рендерингу у високій роздільній здатності, production assets і детального 3D-друку.

Часті запитання

Які бувають карти в PBR-текстурах?

Повноцінний PBR asset зазвичай використовує чотири основні карти: Base Color для кольору поверхні, Normal для імітації деталей поверхні, Roughness для різкості відбиття та Metallic для поведінки металу або неметалу. Додаткові карти, такі як Ambient Occlusion, Displacement, Emissive і Opacity, додаються, коли поверхні потрібні більший реалізм або спеціальні ефекти. У більшості сучасних проєктів використовується workflow Metallic/Roughness.

Що таке PBR-карти?

PBR-карти — це текстурні зображення, які кодують конкретні властивості поверхні для Physically Based Rendering. Замість того щоб запікати колір, світло, тінь і відбиття в одне зображення, PBR зберігає кожну властивість окремо, щоб рендерер міг обчислювати реалістичне освітлення в різних середовищах. Це робить той самий asset більш узгодженим у різних інструментах і сценах.

Як створюють PBR-текстури?

PBR-текстури створюють вручну, запіканням із high-poly геометрії, скануванням реальних поверхонь, завантаженням із бібліотек текстур або генерацією за допомогою AI. Художники часто використовують такі інструменти, як Substance 3D Painter, Blender, Marmoset або Mari. AI-інструменти, такі як Tripo AI, можуть генерувати набори PBR-текстур із запиту або вхідної моделі, що пришвидшує початкове створення матеріалів.

Чи потрібні всі PBR-карти для кожного asset?

Ні. Для більшості asset потрібні основні чотири: Base Color, Normal, Roughness і Metallic. Додавайте AO для складних форм, Emissive для світних частин, Opacity для вирізів або прозорості, а Displacement — для поверхонь великим планом, де має значення реальна геометрична глибина. Для більшості ігрових asset достатньо основних чотирьох плюс AO.

Висновок

Карти PBR-текстур легше зрозуміти, коли ви знаєте, що саме контролює кожна з них. Base Color задає колір поверхні, Normal імітує геометричні деталі, Roughness контролює різкість відбиття, а Metallic повідомляє рендереру, чи поводиться поверхня як метал або як неметал. Разом ці карти дають рендер-рушію інформацію, необхідну для моделювання реалістичного освітлення.

Якщо ручне створення всіх цих карт здається складним, Tripo AI Studio може допомогти за лічені секунди згенерувати повний набір текстур із підтримкою PBR на основі запиту або workflow з референсом. Варіанти планів дивіться на Tripo AI Pricing.