材料-PBR材质

简介

1 基于物理原理和微平面原理理论建模的着色模型，以及从现实测量的表面参数来准确表示真实世界材质的渲染理念
2 光包括了颜色，亮度，衰减，强度，形状等主要属性，真实世界永远是多种光源并存的
3 灯光照射到物体表面之后发生两种情况：散射或者反射
4 实质，模拟现实生活中的照明
5 pbr渲染技术旨在模拟现实生活中的照明
6 .https://www.bilibili.com/video/BV1ZK4y1b7yp/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.0

漫反射-散射

1 并不是所有的光都会被表面反射出来，通常情况下会有一部分光线进入到受照射物体的内部，在受照射物体内部被吸收或者在物体内进行散射
2 .透射：很薄的材质，被光穿过去还会发生透射

半透明和透明

1 .在某些情况，漫反射情况更加复杂，还需要考虑到被照射物体的形状，厚度，如果被照射物体足够的薄，那么是可以从背面看到散射出来的光，并且表现成半透明
2 如果被照射物体扩散程度很低，比如玻璃，那么光的散射几步是不可发现的，这时可以从物体的一面看到另一面
3 所以还需要专门的调整参数去模拟这种材质
4

菲涅尔

1 不同的入射角度表现出不同的反射率。具体说，光的入射角越大，反射率越高
2 如果水质足够清晰的时候，垂直看水面的时候，是看不到自己的脸的，只能看到水底。当目光和水面接近水平时，反而看不到水底，可以看到湖面对岸的树之类的倒影
3 这意味着，只要物体足够的光滑，当以接近水平的角度观察光滑物体的边缘，会出现近乎完美的镜面,任何物体都可以作为镜子
4 物体的微表面也会影响材质的属性

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5 微平面理论是将物体表面建模成做无数微观尺度上有随机朝向的理想镜面反射的小平面（microfacet）的理论。在实际的PBR 工作流中，这种物体表面的不规则性用粗糙度贴图或者高光度贴图来表示。
6 能量守恒 （Energy Conservation）。出射光线的能量永远不能超过入射光线的能量。随着粗糙度的上升镜面反射区域的面积会增加，作为平衡，镜面反射区域的平均亮度则会下降
7 菲涅尔反射（Fresnel Reflectance）。光线以不同角度入射会有不同的反射率。相同的入射角度，不同的物质也会有不同的反射率。万物皆有菲涅尔反射。F0是即0度角入射的菲涅尔反射值。大多数非金属的F0范围是0.02_{0.04，大多数金属的F0范围是0.7}1.0。
8 物质的光学特性（Substance Optical Properties） 。现实世界中有不同类型的物质可分为三大类：绝缘体（Insulators），半导体（semi-conductors）和导体（conductors）。在渲染和游戏领域，我们一般只对其中的两个感兴趣：导体（金属）和绝缘体（电解质，非金属）。其中非金属具有单色/灰色镜面反射颜色。而金属具有彩色的镜面反射颜色。

PBR的范围

1 基于物理的材质
2 基于物理的光照
3 基于物理适配的摄像机
4 完整的三者，才是真正完整的基于物理的渲染系统

迪士尼制定的规则

1 一个颜色参数
2 baseColor 基础色，表面颜色，通常由纹理贴图提供
3 次表面 使用次表面近似控制漫反射形状
4 金属度 金属模型没有漫反射成分，并且还具有等于基础色的着色入射镜面反射
5 镜面反射强度 入射镜面反射量，用于取代折射率
6 镜面反射颜色 用于对基础色的入射镜面反射进行颜色控制
7 粗糙度 表面粗糙度，用于控制漫反射和镜面反射
8 光泽度 额外的略射分量，用于不了
9 光泽颜色

再来一波

能量守恒

1. 能量守恒的概念指出一个物体反射的光的能量不能比他接收到的光的能量更多。更分散和粗糙的材质会把高光反射的更模糊范围更广，而越光滑反射率越高的材质将把高光反射的范围更小更明亮
   2 .漫反射：漫反射决定了基本的颜色，漫反射是透射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。当一束平行光入射到粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射。所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向着不同的防线无规则反射，这种反射称为漫反射。很多植物看起来是表面光滑，但是用放大镜仔细观察，就会看其表面凹凸不平，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，弥漫的射向不同方向。

微表面

1 .微表面重新定义了材质表面的粗糙或者光滑程度。大多实际的表面有非常小的瑕疵，细小的凹槽，裂纹，眼睛看不见的小块，以及一些连法线贴图都无法表示的细节（法线贴图必须控制在一个合理的分辨率）虽然这些肉眼看不到，但是实实在在的影响着光的漫反射
2 .查找材质的值：在使用基于物理规则的渲染系统的时候，其中一个最困难的挑战就是给材质找到准确一致的值。互联网上有各种各样的源提供测量值，但是，找到一个有足够信息可以依靠的库仍然是一个非常困难的过程。Quixel的Megascan服务就非常的有用，因为它们提供了海量的从真实世界扫描出来的校准平铺纹理

菲涅尔定律

1 .当光入射到折射率不同的两个媒质分界面时，一部分光会被反射，这种现象称为菲涅尔反射。如果光在光纤中的传输路径为光纤—空气—光纤，由于光纤和空气的折射率不一样，将产生菲涅尔反射。菲尼尔反射（Fresnel Effect），是用来渲染一种类似瓷砖表面有釉的那种感觉或者木头表面清漆的效果是指当光达到材质交界面时，一部分光被反射，一部分发生折射，即视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。所有物体都有菲尼尔反射，只是强度大小不同。因此加菲涅尔反射是为了模拟真实世界的这种光学现象。
2 .在计算机图形学中，“菲涅尔”指不同的角度将产生不同的反射率。特别的，光斜着射入表面比垂直射入表面更容易发生反射。也就是说一个有适当菲涅尔效果的物体靠近边缘的地方会更亮。我