PBRとは

「PBR（Physical Based Rendering：フィジカルベースドレンダリング）」とは、物理ベースレンダリングとも呼ばれ、まるで映画のような映像クオリティを持つ最新のハイエンドゲームなどのリアルタイムCGの描画に使われています。そのほかにもまるで実写のようなリアリティのある映像の制作や、建築物、自動車などの広告表現に用いられており、非常にフォトリアルな現実世界のような表現をすることができます。

光の反射、屈折、散乱、吸収など物理現象としての光学現象の計測を行い、厳密な数式を用いてモデル化したレンダリング手法です。シェーディングおよびレイトレーシングを進化させたもので、近年多くのCGレンダリングプログラムではこの概念を基本として構築されています。

PBRという用語を使っていると「PBS（Physically-based Shading：フィジカルベースドシェーディング）」という用語が出てきますが、これは「物理ベースシェーディング」のことであり、物理法則がベースのシェーディングのことを指します。PBSは、PBRにおいて使われるものです。

ここで説明するパラメータの呼び方は、ソフトにより若干の違いがあります。

Albedo（Base Color）

アルベドはオブジェクトの全体的なカラーを差しますが、従来のカラーマップとは少し考え方が異なります。アルベドは物体が外部から受ける光をどれくらい反射するかという係数です。
そもそも、物体には明るさがないので、光がないと真っ暗です。どんな明るさになるかというのは『物体が受けた光の反射』で決まり、色に及ぼす影響が大きい係数です。

Metallic（Metalness）

メタリックは金属の反射率のことで、それが金属であるか、金属でないかということを示します。鏡は光そのままを強く反射しますが、ザラザラしている粘度やマットなゴム素材は鏡よりも反射が少なくなります。このように、反射率を高くするとより鏡のような金属感が表現され、低くなると金属感がなくなります。

Roughness

ラフネスは粗さのことで、物体の表面の粗さを示します。高くすると表面がツルツルとした艶のある質感になり、低くするとザラザラとし艶のない質感になります。また、この粗さは非常に緻密な凸凹であり、ツルツルに見えるものでも実際は細かな凸凹があります。これにより光を多方向に跳ね返しています。このようなミクロな表面を「Microfacet（マイクロファセット）」と言い、PBRではこの反射特性を計測して表現を行います。

リアルタイム系レンダリングでは、「Unity（ユニティ）」や「Unreal Engine（アンリアルエンジン）」で使われています。
プリレンダリング系では、「V-ray」や「Arnold」といったレンダラーで実装されているので「Maya（マヤ）」や「3ds Max (スリーディーエス・マックス) 」でも表現可能となっています。
「Substance Painter（サブスタンスペインター）」などではPBRのための画像の色（Base Color)、金属度（Metalness)、粗度（Roughness）を生成できます。