Ana içeriğe geç

Görüntü Tabanlı Aydınlatma (IBL) - Aynasal IBL (Specular IBL)

Yaygın ışınım (Diffuse IBL) ile mat yüzeylerin ortam aydınlatmasını çözdük. Peki ya altın, gümüş, krom veya cilalı mermer gibi ayna yansımasına (Specular) sahip yüzeyler çevrelerindeki dünyayı nasıl yansıtacak?

Kusursuz bir ayna için doğrudan çevre haritasını (environmentMap) örneklemek yeterlidir. Ancak pürüzlü (Roughness > 0) yüzeylerde yansıma bulanıklaşır!

Epic Games ve Ayrık-Toplam (Split-Sum) Yaklaşımı

PBR speküler integralini gerçek zamanlı çözmek için Epic Games (Unreal Engine) tarafından geliştirilen Ayrık-Toplam (Split-Sum Approximation) tekniği kullanılır:

\[\int_{\Omega} f_r \cdot L_i \cdot (n \cdot \omega_i) d\omega_i \approx \underbrace{\left( \int_{\Omega} L_i d\omega_i \right)}_{\text{1. Ön-Filtrelenmiş Harita}} \cdot \underbrace{\left( \int_{\Omega} f_r \cdot (n \cdot \omega_i) d\omega_i \right)}_{\text{2. BRDF Entegrasyon LUT}}\]

İntegral iki bağımsız parçaya ayrılır ve ikisi de önceden hesaplanır:

  1. Ön-Filtrelenmiş Çevre Haritası (Prefiltered Environment Map): Farklı pürüzlülük seviyeleri için çevre haritası GGX önem örneklemesi (Importance Sampling) ile bulanıklaştırılır ve küp haritasının Mipmap katmanlarına kaydedilir:
  2. Mip 0: Mükemmel pürüzsüz ayna (Roughness = 0.0),

  3. Mip 4: Tamamen bulanık yansıma (Roughness = 1.0).

  4. 2B BRDF Entegrasyon LUT (Look-Up Table): \(n \cdot v\) açısı ile Roughness parametrelerine göre \(F_0\) çarpanı ve ofseti \(256 \times 256\) boyutunda 2 boyutlu kırmızı-yeşil bir dokuya önceden fırınlanır.

Split-Sum Bileşenleri

Tam PBR + IBL Birleşimi

PBR Fragment shader'ında nihai ortam ışığı:

Tam IBL Ambient Hesabı
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
// Diffuse IBL
vec3 F = fresnelSchlickRoughness(max(dot(N, V), 0.0), F0, roughness);
vec3 kS = F;
vec3 kD = 1.0 - kS;
kD *= 1.0 - metallic;     

vec3 irradiance = texture(irradianceMap, N).rgb;
vec3 diffuse    = irradiance * albedo;

// Specular IBL
const float MAX_REFLECTION_LOD = 4.0;
vec3 R = reflect(-V, N);
vec3 prefilteredColor = textureLod(prefilterMap, R, roughness * MAX_REFLECTION_LOD).rgb;   
vec2 envBRDF  = texture(brdfLUT, vec2(max(dot(N, V), 0.0), roughness)).rg;
vec3 specular = prefilteredColor * (F * envBRDF.x + envBRDF.y);

// Nihai Ortam Işığı
vec3 ambient = (kD * diffuse + specular) * ao;

Sonuç: Metal bir küre üzerinde gökyüzünün kristal netliğindeki yansımasını, mat küre üzerinde ise çevre renklerinin yumuşacık saçılmasını görürsünüz. AAA kalitesinde modern fiziksel render motorunuz tamamlandı!