Respostas:
Este é um tópico muito maior do que pode ser coberto em uma resposta, mas brevemente:
O sombreamento baseado em física significa deixar para trás modelos fenomenológicos , como o modelo de sombreamento Phong, que são simplesmente construídos para "parecerem bons" subjetivamente, sem se basearem na física de maneira real, e passar para modelos de iluminação e sombreamento derivados das leis de física e / ou de medições reais do mundo real e obedecem rigorosamente a restrições físicas, como a conservação de energia.
Por exemplo, em muitos sistemas de renderização mais antigos, os modelos de sombreamento incluíam controles separados para realces especulares de luzes pontuais e reflexão do ambiente por meio de um mapa cúbico. Você pode criar um sombreador com o especular e o reflexo configurados com valores totalmente diferentes, mesmo que essas sejam instâncias do mesmo processo físico . Além disso, você pode definir o especular para qualquer brilho arbitrário, mesmo que faça com que a superfície reflita mais energia do que realmente recebeu.
Em um sistema com base física, tanto a luz pontual como a reflexão do ambiente seriam controladas pelo mesmo parâmetro, e o sistema seria configurado para ajustar automaticamente o brilho dos componentes especular e difuso para manter a conservação geral de energia. Além disso, você deseja definir o brilho especular para um valor realista para o material que você está tentando simular, com base em medições.
A iluminação ou sombreamento com base física inclui BRDFs com base física, que geralmente são baseados na teoria de microfacetos e transporte de luz fisicamente correto, que é baseado na equação de renderização (embora seja bastante aproximado no caso de jogos em tempo real).
Também inclui as alterações necessárias no processo artístico para fazer uso desses recursos. Mudar para um sistema com base física pode causar alguns transtornos para os artistas. Antes de tudo, requer iluminação HDR completa com um nível realista de brilho para fontes de luz, céu, etc. e isso pode levar algum tempo para se acostumar com os artistas de iluminação. Também requer que os artistas de texturas / materiais façam algumas coisas de maneira diferente (particularmente para especular), e eles podem ser frustrados pela aparente perda de controle (por exemplo, reunindo o destaque especular e a reflexão do ambiente, como mencionado acima; os artistas se queixam disso). Eles precisarão de algum tempo e orientação para se adaptarem ao sistema físico.
No lado positivo, uma vez que os artistas se adaptam e ganham confiança no sistema físico, geralmente acabam gostando mais, porque há menos parâmetros no geral (menos trabalho para eles ajustarem). Além disso, os materiais criados em um ambiente de iluminação geralmente ficam bem em outros ambientes de iluminação também. Isso é diferente de outros modelos ad-hoc, onde um conjunto de parâmetros de material pode parecer bom durante o dia, mas sai ridiculamente brilhante à noite, ou algo assim.
Aqui estão alguns recursos para procurar iluminação com base física em jogos:
E, é claro, eu seria negligente se não mencionasse a Renderização Baseada em Física por Pharr e Humphreys, uma referência incrível sobre todo esse assunto e que vale o seu tempo, embora se concentre mais na renderização offline do que na renderização em tempo real.
"Fisicamente correto" significa que o resultado parece na realidade, assumindo que a realidade teria a mesma forma e textura. Isso significa, por exemplo, que todas as superfícies refletem a luz, principalmente difusa, de modo que a maior parte da luz é indireta. Além disso, a luz pode viajar através dos materiais.
E sim, uma parte específica de um raio fisicamente realista inclui a modelagem correta da luz refletida em uma superfície. Phong é uma aproximação razoável, mas só funciona bem para fontes de luz pontuais - portanto, não para fontes de luz indiretas, que você terá muito em uma cena fisicamente realista.
Lembre-se de que "fisicamente correto" ainda é uma área de pesquisa - não apenas como modelá-lo em um computador, mas também a realidade. Há apenas alguns anos, os cientistas descobriram que alguns cristais refletivos refletem o dobro da quantidade de luz de volta à fonte em comparação com outras direções.