La diffusion sous-surfacique en temps réel et pourquoi vous en avez besoin

01 Préface

1.1 Qu'est-ce que la Diffusion sous-jacente ?

Dans l'article D5 GI | Allier la qualité du rendu hors ligne à l'expérience en temps réel, nous avons brièvement expliqué comment la lumière rebondit sur la surface des objets du monde réel. La capacité à reproduire ce phénomène détermine à quel point le résultat du rendu peut se rapprocher des photographies.

Mais cela ne s'arrête pas là. Quand la lumière frappe la surface de certains translucide objet, tel que la cire ou le marbre, certains d'entre eux traverseront la surface, se disperseront à l'intérieur de l'objet et finiront par en sortir en différents points de la surface. Vues par une caméra, l'intérieur de l'objet semble avoir été “éclairé”.

C'est ce que nous appelons Diffusion sous-surfacique (SSS ou 3S en abrégé). Comme le montre l'image suivante, “sous-surface” fait référence à la partie située sous la surface.

Bonjour

1.2 Que peut faire la diffusion sous-surfacique ?

La reproduction simple de la lumière qui rebondit sur la surface, bien qu'elle soit suffisante pour la plupart des matériaux, ne permet pas de créer un bon effet translucide pour les textures comme le jade, les fruits et la peau humaine. C'est pourquoi nous avons besoin ici de la diffusion sous-jacente (Subsurface Scattering) pour apporter plus de réalisme. L'interaction entre la lumière et la subsurface des matériaux translucides insufflera également de la vie à votre scène.

En un mot, le SSS dans le rendu peut améliorer la qualité du matériau, le rendant plus délicat. Un matériau translucide ne paraîtra pas noir comme du charbon, même lorsqu'il est rétroéclairé, ainsi la scène sera plus claire et plus lumineuse.

Heureusement, cette fonctionnalité très performante sera disponible dans la version 2.4 de D5 Render. N'hésitez pas à l'essayer : vous verrez que la qualité du rendu passe au niveau supérieur.

02 Le principe de la diffusion sous-superficielle dans D5

2.1 Solutions précédentes

Comme mentionné ci-dessus, l'obtention de laSSS en rendu, en particulier en rendu temps réel en moins de 0,03 seconde, représente un défi de taille en raison de sa charge de calcul importante. C'est pourquoi laSSS est considérée comme une fonctionnalité avancée des outils de rendu.

En examinant les outils de rendu en temps réel actuellement sur le marché, on constate que la plupart d'entre eux n'ont pas la fonctionnalité SSS ou utilisent le Screen-Space Subsurface Scattering comme substitut.

Le Sous-sol à l'Écran d'Espace trouve un équilibre entre vitesse et qualité, ce qui en fait une bonne solution, mais pas parfaite pour le rendu en temps réel. Par exemple, il ne pourra pas calculer les informations lumineuses lorsque des matériaux occluront le matériau cible. Des artefacts de banding apparaîtront lorsque vous définirez un grand écran pour le rayon de diffusion.

Il semble que les solutions actuelles de rendu SSS en temps réel ne soient pas à la hauteur des défis posés par les applications pratiques et qu'elles présentent diverses limites et lacunes techniques qui empêchent les concepteurs de bénéficier d'une visualisation optimale. C'est pourquoi l'équipe D5 a mis au point une solution de diffusion sous-superficielle (SSS) en temps réel de qualité supérieure, baptisée D5 SSS.

Par conséquent, le rendu SSS en temps réel reste un défi malgré les nombreuses solutions existantes. Afin de surmonter les difficultés techniques et d'offrir aux concepteurs une meilleure expérience de visualisation, l'équipe D5 a décidé de développer sa propre solution — D5 SSS — pour le rendu en temps réel.

2.2 D5 SSS

Après avoir analysé les techniques existantes et les besoins, l'équipe D5 a décidé d'associer l'algorithme de rendu hors ligne au rendu en temps réel afin d'obtenir un rendu SSS en temps réel.

Random Walk est un algorithme hors ligne physiquement précis pour le SSS qui prend en compte la façon dont la lumière se disperse et voyage à travers le milieu au sein d'un modèle, conduisant à un affichage plus précis du volume et de l'épaisseur de surface du modèle.

Pour résoudre ce problème, l'équipe D5 a intégré la technique Random Walk SSS au pipeline de rendu hybride unique de D5. En réutilisant les informations du GBuffer, en cumulant la réduction du bruit dans le domaine temporel et en tirant parti de l'accélération matérielle via DXR, la solution SSS de D5 garantit un rendu SSS de haute qualité en temps réel.

Ainsi, il suffit aux concepteurs de modifier quelques paramètres pour pouvoir prévisualiser en temps réel l'effet SSS des matériaux translucides. De plus, le SSS D5 garantit la cohérence entre la prévisualisation et le rendu, offrant ainsi aux concepteurs une expérience de visualisation fluide et exceptionnelle.  

03 D5 Effet de diffusion sous-superficielle et applications pratiques

3.1 Où peut-on utiliser le D5 SSS ?

La nouvelle fonctionnalité de SSS en temps réel fera de D5 Render 2.4 un outil de rendu encore plus performant pour divers secteurs.

Pour les architectes, vous pouvez créer des matériaux clairs en marbre ou en ardoise pour mieux afficher les idées de conception, rendant ainsi votre projet plus attrayant.

Au lieu de bloquer toute la lumière, la dalle de marbre légèrement transparente semble douce et claire.

Pour les designers d'intérieur / de produits, vous pouvez mieux restituer l'effet translucide de la céramique et du jade pour améliorer la qualité visuelle.

La statue de jade semble subtilement éclairée.

3.2 Comment utiliser le D5 SSS

Pour créer un matériau translucide, appuyez d'abord sur la touche “I” pour sélectionner la texture. Allez dans Inspecteur > Modèle de matériau. Vous y trouverez “Diffusion sous la surface”.

Le modèle SSS a deux paramètres supplémentaires par rapport au modèle personnalisé :

Couleur de subsurface

2. Intensité de diffusion

De plus, trois paramètres sont couramment utilisés pour les matériaux SSS :

1. Couleur de base/Carte de couleur de base

2. Spéculaire

3. Rugosité

Nous prenons ici le “ jade ” comme exemple pour montrer comment créer des matériaux SSS dans D5 Render.

Première vue

Ce lapin a un matériau personnalisé avec une couleur de base blanche. Nous avons réglé spéculaire et rugosité sur 0, afin qu'ils n'affectent pas le processus suivant.

Couleur de base/Carte de couleur de base

D'abord, ajouter une carte de texture de jade à la carte de couleur de base.

Activez la “Triplanaire” pour obtenir un bel effet UV sans avoir à le régler manuellement.

Paramètres de diffusion sous-jacente

Changer le modèle de matériau à “Diffusion sous la surface”.

• Couleur sous la surface

La Couleur de Base/Carte de Couleur de Base définit la couleur de la surface, tandis que la Couleur Sous-jacente décide de la couleur lorsque la lumière se diffuse à l'intérieur du modèle.

Par défaut, la “ couleur sous-jacente ” est le gris 50%. Dans ce cas, le matériau commence à présenter un effet SSS, mais il faut lui ajouter un peu de couleur pour que cet effet soit plus visible.

Changez la “ Couleur de sous-surface ”. Nous pouvons voir comment cela affecte le matériau :

La couleur Sous-Surface semble être émise de l'intérieur du modèle et est plus visible dans les ombres.

La Couleur Sous-Surface contrôle essentiellement la distance à laquelle la lumière est diffusée à l'intérieur du modèle. Plus la valeur RVB est élevée, plus la lumière dispersée en rouge, vert ou bleu sera visible, et plus le matériau apparaîtra translucide.

• Intensité de diffusion

L'Intensité de Diffusion est un multiplicateur de la Couleur Sous-jacente. Elle augmente/diminue la distance parcourue par la lumière diffusée en fonction de la Couleur Sous-jacente, renforçant ou réduisant davantage l'effet translucide du matériau.

Dans cet exemple, nous créons un matériau de jade réaliste, donc la “Couleur de subsurface” est réglée sur un vert peu saturé et l“”Intensité de diffusion" est laissée à sa valeur par défaut de 1,0.

Spéculaire et Rugosité

Le jade et les pierres précieuses sont des matériaux non métalliques très réfléchissants et ont généralement une valeur spéculaire de 1,0.

Le paramètre “ Spéculaire ” contrôle la réflectivité des matériaux non métalliques. La plupart des matériaux non métalliques ont une réflectivité comprise entre 0,25 et 0,625. Par exemple, l'eau avec 0,25 et le jade/la gemme avec 1,0.
Plus d'informations sur Specular : Modèle de Matériau > Carte > Spéculaire

Lorsque Specular est réglé sur 1.0, le modèle ressemble plus à du jade.

La rugosité détermine à quel point la surface du matériau est rugueuse, affectant si le reflet est flou ou non. En modifiant sa valeur, on peut voir clairement comment la texture du jade change.

Avec une rugosité élevée, le jade ressemble à un jade non poli ; avec une faible valeur, surtout lorsqu'elle est proche de 0, à un jade très poli.

Nous avons réglé la Rugosité sur 0,05 et voici le rendu final :

3.3 Notes

Pour l'instant, D5 Render prend en charge les lumières ponctuelles, les projecteurs, les lumières rectangulaires et la lumière du soleil pour l'effet SSS. L'éclairage ambiant HDRI pour le SSS sera intégré dans les prochaines mises à jour.

Taille précise

L'apparence du matériau SSS est influencée par le volume et l'épaisseur du modèle. Ainsi, plus le modèle est petit et fin, plus il sera translucide pour les mêmes paramètres.

Il est donc recommandé de modéliser à la taille des objets réels. Par exemple, ne modélisez pas une décoration en jade trop grande. Quelques centimètres suffisent amplement. Si vous souhaitez augmenter ou diminuer davantage la translucidité du matériau, utilisez la luminosité de la Couleur de Subsurface ou l'Intensité de Diffusion pour ajuster son effet visuel.

04 Conclusion

La capacité de D5 Render 2.4 à générer des rendus SSS en temps réel permettra aux architectes, aux designers d'intérieur et aux designers de produits d'obtenir des rendus bien plus réalistes. Ils ont désormais la possibilité de créer une plus grande variété de matériaux, ce qui fait de la visualisation une expérience des plus agréables.

Pour D5 Render, la version D5 de SSS marque une étape importante, mais ce n'est pas une fin en soi. L'équipe D5 continuera d'optimiser SSS pour offrir des résultats encore meilleurs. Restez à l'écoute, vous ne serez pas déçus.

La bibliothèque d'actifs D5 a mis à jour des dizaines de modèles avec des matériaux SSS, notamment des fruits, des bougies et des jades. Vous pouvez les trouver rapidement en effectuant une recherche sur “ sss/3s ”.

Ou, vous pouvez personnaliser vos propres matériaux translucides et profiter de la beauté de la lumière fluide en rendu en temps réel.