Physically Based Rendering (PBR) ist eine Shading-Methode, die approximiert, wie Licht sich in der realen Welt verhält. Anstatt sich auf künstlerische Tricks zu verlassen, um Reflexionen und Schatten zu simulieren, verwendet PBR messbare physikalische Eigenschaften — Rauheit, Metallhaftigkeit, Brechungsindex — um zu berechnen, wie Oberflächen mit Licht interagieren. Das Ergebnis sind Materialien, die unter jeder Beleuchtungsbedingung korrekt aussehen, von grellem Mittagssonnenlicht bis zu weichem Innenraumumgebungslicht.
Die zwei PBR-Workflows
Es gibt zwei gängige PBR-Workflows: Metallic/Roughness und Specular/Glossiness. Das Metallic/Roughness-Modell ist heute dominierend und wird von Unreal Engine, Unity, Blender, Substance Painter und den meisten modernen Spiel-Engines verwendet. Der Specular/Glossiness-Workflow ist älter und noch in einigen Arch-Viz-Pipelines zu finden. Dieser Leitfaden konzentriert sich auf das Metallic/Roughness-Modell.
Map-Typen und ihre Funktionen
Albedo (Grundfarbe / Diffuse)
Die Albedo-Map definiert die Grundfarbe einer Oberfläche ohne Beleuchtungs-, Schatten- oder Reflexionsinformationen. Bei Nicht-Metallen ist dies die diffuse Farbe. Bei Metallen definiert sie die Reflexionsfarbe (da Metalle keine diffuse Komponente haben). Eine wichtige Regel: Albedo-Maps dürfen niemals eingebackene Beleuchtung oder Ambient Occlusion enthalten. Halten Sie Werte zwischen 30–240 sRGB für Nicht-Metalle; reines Schwarz und reines Weiß sind für reale Materialien physikalisch unplausibel.
Normal Map
Normal Maps kodieren Oberflächenwinkelabweichungen in RGB-Kanälen. Jedes Pixel repräsentiert einen Richtungsvektor: Rot für X-Achsen-Neigung, Grün für Y-Achsen-Neigung und Blau für die Z-Achse (die gerade aus der Oberfläche herauszeigt). So kann flache Geometrie feine Oberflächendetails aufweisen — Poren in Haut, Rillen in Holz, Mörtelfugen in Backstein — ohne Polygone hinzuzufügen. Normal Maps können aus Heightmaps oder aus High-Poly-Modellen mit Baking-Tools in Blender, Substance oder xNormal generiert werden.
Roughness (Rauheit)
Roughness steuert, wie gestreut oder fokussiert spekulare Reflexionen sind. Ein Wert von 0,0 ist ein perfekter Spiegel (poliertes Chrom); 1,0 ist vollständig diffus (roher Beton). Die meisten realen Materialien liegen zwischen 0,2 und 0,8. Roughness-Maps sind Graustufen — weiß für rau, schwarz für glatt. Variation innerhalb eines einzelnen Materials ist entscheidend: Ein Holztisch kann glatte lackierte Bereiche und raue unbearbeitete Kanten haben.
Metallic (Metallhaftigkeit)
Die Metallic-Map ist in der Praxis binär: Ein Pixel ist entweder Metall (1,0) oder Nicht-Metall (0,0). Werte zwischen 0 und 1 stellen Übergangszonen dar, wie z. B. Farbe, die sich von Metall ablöst, wo die Kante über einige Pixel hinweg 0,5 betragen kann. Reine Metalle haben keine diffuse Reflexion und färben ihre Spiegelung mit ihrer Albedo-Farbe. Nicht-Metalle haben weiße Spiegelung und farbige Diffuse. Dies falsch zu machen — zum Beispiel eine Kunststoffoberfläche auf Metallic 0,5 zu setzen — erzeugt physikalisch unplausible Ergebnisse.
Ambient Occlusion (AO)
AO-Maps verdunkeln Vertiefungen, Ecken und Bereiche, in denen Umgebungslicht durch nahe Geometrie verdeckt würde. Dies ist eine Graustufen-Map: Weiß bedeutet vollständig exponiert, Schwarz bedeutet vollständig verdeckt. AO fügt Tiefe und Kontaktschatten hinzu, die Materialien geerdet wirken lassen. In Spiel-Engines werden AO-Maps oft mit dem finalen diffusen Beleuchtungsdurchgang multipliziert.
Height / Displacement
Height-Maps (Graustufen, weiß = hoch, schwarz = niedrig) können Parallax Occlusion Mapping für simulierte Tiefe oder tatsächliche Mesh-Verschiebung in Renderern antreiben, die es unterstützen (Cycles in Blender, V-Ray, Arnold). Displacement ist rechenintensiv, erzeugt aber echte Silhouettenveränderungen, die Normal Maps nicht erreichen können.
Praktische Setup-Tipps
- Konsistente UV-Skalierung — Alle Maps für ein Material müssen dasselbe UV-Layout teilen. Eine Nichtübereinstimmung zwischen Albedo und Normal Map UVs erzeugt offensichtlich falsche Beleuchtung.
- Linear vs. sRGB — Albedo-Maps sollten als sRGB importiert werden. Normal-, Roughness-, Metallic-, AO- und Height-Maps müssen linear (Nicht-Farbdaten) sein. Falsche Farbraumzuweisung ist einer der häufigsten PBR-Fehler.
- Rauheit aus realen Messungen — Wenn Sie unsicher sind, welchen Rauheitswert Sie verwenden sollen, gibt es Referenzdiagramme. Polierter Marmor: ~0,1. Verwittertes Holz: ~0,5. Roher Beton: ~0,9. Dies sind gute Ausgangspunkte.
Software-spezifische Hinweise
In Blender akzeptiert der Principled BSDF-Shader alle diese Maps direkt. In Unreal Engine kombinieren Sie AO, Roughness und Metallic in einer einzelnen gepackten ORM-Textur (Kanäle R, G, B entsprechend). In Unity erwartet der Standard-Shader Metallic im Alpha-Kanal der Metallic-Map. Substance Painter ist das Industrie-Standardwerkzeug zum Erstellen vollständiger PBR-Materialsätze mit Live-Vorschau aller Map-Kanäle gleichzeitig.
Generieren Sie Basistexturen für Ihre PBR-Materialien mit unserem Beton-Generator oder Metall-Generator, und leiten Sie dann Normal- und Roughness-Maps mit dem Normal-Map-Tool ab.