PBR-материалы: физика в играх или просто красивая обёртка?⁠⁠

Доброго времени суток, уважаемые читатели! Сегодня мы нырнем в мир PBR-материалов — штуки, которая звучит как что-то из учебника физики, но на деле делает игры такими красивыми, что хочется потрогать экран руками (и потом вытереть отпечатки). Я расскажу, что это такое, откуда оно взялось, как работает и почему мой "тапок" (да, тот самый древний ПК) иногда пыхтит от восторга, а иногда — от усталости. Будет юмор, немного истории и никаких рисков, что вас "загребут" за эту информацию. Погнали!

До PBR: плоский мир и картонные текстуры

Давайте вернемся в те времена, когда графика в играх была проще, чем мой завтрак (тост и кофе, если что). В эпоху Quake и Doom поверхности в играх делали с помощью обычных текстур — плоских картинок, которые клеили на модели, как обои на стену.

Камень? Вот тебе серая текстура с парой пятен. Металл? Добавим немного блеска и назовём это доспехами. Свет? Просто нарисуем белое пятно и скажем, что это лампа. Всё это выглядело мило, но реализма было столько же, сколько у пластиковой ёлки на Новый год.

Потом придумали нормал-мапы — карты нормалей, которые добавляли иллюзию объёма. Камень стал казаться шершавым, металл — чуть более выпуклым. Но всё равно это был обман: если посмотреть сбоку, поверхность оставалась плоской, как блин на сковородке. Освещение тоже было примитивным — свет либо был, либо нет, никаких тебе мягких теней или отражений. Мой "тапок" в те годы был счастлив: ему хватало сил на такие фокусы, и он не перегревался, как чайник.

PBR: физика шагает в гейминг

И вот где-то в 2010-х годах в игровой индустрии массово начали использовать PBR-материалы (Physically Based Rendering, или рендеринг, основанный на физике). Это не просто красивое словосочетание, а целый подход к тому, как поверхности в играх взаимодействуют со светом. PBR — это как если бы физик и художник пожали друг другу руки и сказали: "Давай сделаем так, чтобы всё выглядело как в реальной жизни, но без скучных формул на экране".

Суть PBR в том, что материалы теперь описываются не просто текстурой, а набором свойств, которые подчиняются законам физики. Вот основные "ингредиенты":

• Альбедо (или базовый цвет): это "чистый" цвет поверхности без влияния света. Камень — серый, металл — серебристый, дерево — коричневый.

• Металличность: показывает, насколько поверхность металлическая. У металла она высокая (он отражает свет, как зеркало), у камня или дерева — почти нулевая.

• Шероховатость: отвечает за то, насколько поверхность гладкая или грубая. Зеркало — гладкое, бетон — шершавый.

• Нормали: всё те же карты нормалей, но теперь они работают в связке с остальным.

• AO (Ambient Occlusion): карта затенения, чтобы углы и щели выглядели темнее, как в жизни.

Звучит сложно? На деле это значит, что свет теперь падает на объект, отскакивает от него и рассеивается так, как в реальном мире. Металл блестит, дерево матово поглощает свет, а стекло пропускает его насквозь. Мой "тапок" с RTX 3090 (да, я апгрейднулся, продав старый диван) впервые увидел PBR в Uncharted 4 и чуть не прослезился: каменные стены выглядели так, что я хотел их потрогать, а металл оружия блестел, как будто его только что отполировали.

Как это работает? Магия и немного математики

PBR основан на двух главных принципах: сохранение энергии и микрофасеточная модель. Сохранение энергии — это значит, что поверхность не может отражать больше света, чем на неё попало (никаких тебе светящихся камней без причины). А микрофасеточная модель описывает, как свет взаимодействует с крошечными неровностями на поверхности. Гладкий металл отражает чётко, как зеркало, а шершавый бетон рассеивает свет во все стороны, как мой кот, когда я пытаюсь его погладить.

Разработчики теперь не просто рисуют текстуру, а создают целую "биографию" материала: из чего он сделан, как он износился, как блестит. В The Last of Us Part II, например, ржавчина на машинах выглядит так, будто её реально ели годы, а мокрые листья блестят, как после дождя. Это не просто картинка — это физика в действии!

PBR и RTX: брак по расчёту

Когда PBR встретился с трассировкой лучей (RTX), началась настоящая любовь. Рейтрейсинг добавил PBR реалистичные отражения и тени, которые раньше были только мечтой. В Cyberpunk 2077 неоновые вывески отражаются в лужах так, что хочется надеть плащ и почувствовать себя киберпанком. Но есть подвох: PBR с RTX — это как спорткар с турбонаддувом. Красиво, быстро, но мой "тапок" начинает пыхтеть, а FPS иногда падает, как мои надежды на выходной.

На старых видеокартах, вроде GTX 1660, PBR тоже работает, но без рейтрейсинга — это как ездить на том же спорткаре, но с ручной коробкой передач: всё ещё круто, но не так плавно. Разработчики умудряются оптимизировать, но системные требования всё равно растут, как мои счета за электричество.

Вывод: PBR — это новый стандарт или перебор?

Итак, что мы имеем? Раньше текстуры были плоскими, как шутки на корпоративе. Потом нормал-мапы добавили объём, но всё равно обманывали глаз. А PBR? Это как взять реальный мир, засунуть его в игру и сказать: "Свети, как надо!" Камень шершавый, металл блестит, дерево пахнет лесом (ну, почти). Да, это требует мощного железа, особенно с RTX, но результат — как картина в музее.