详解PBR物理渲染

一、什么是PBR？

基于物理渲染，传统渲染是模仿灯光的外观，PBR是模仿光的实际行为，使图形看起来更真实。
PBR更加注重对光线物理行为的模拟和计算。传统渲染技术可能无法准确模拟光线在不同材质表面的反射、折射和散射等现象，也无法准确表现光线在空间中的传播和衰减过程。而PBR则通过引入更加精确的光照模型和材质模型，解决了这些问题，从而实现了更加真实的渲染效果。

二、PBR组成部分

灯光属性：直接照射、间接照射、直接高光、间接高光、阴影、环境光闭塞
表面属性：基础色、法线、高光、粗糙度、金属度

三、灯光属性

1、光线类型

入射光

• 直接照明：光源通过光线直射物体上
• 间接照明：光线通过折射、反射后再照射到被照射物体上

反射光

• 镜面光：反射的光线方向高度一致，形成明显的光斑或高光区域
• 漫反射：光被散射并沿着各个方向离开表面

2. 光与表面的相互作用类型

• 直接漫反射：直接来自光源的光，撞击表面后散落在各个方向（在着色器中使用简单的数学计算）
  
• 直接高光：直接来自光源的光，反射在一个更集中的方向上（在着色器中使用简单的数学计算，比漫反射计算成本低）
  
• 间接漫反射：来自环境中各个方向的光，撞击表面后散落在各个方向（因为计算昂贵，所以引擎的全局照明解决方案通常会离线渲染，并被烘焙成灯光地图）
  
• 镜面反射：来自环境中各个方向的光，反射在一个更集中的方向上（引擎中使用反射探头，平面反射，SSR，或射线追踪计算）
  

四、表面属性

（1）基础色

基础色是物体表面的固有颜色，也称为漫反射颜色，它决定了光线在物体表面均匀反射的颜色。在计算机渲染中，基础色通常用RGB（红、绿、蓝）颜色模型来表示，每个颜色通道的值范围从0到255（或在归一化后从0到1）

（2）法线

法线是指垂直于物体表面某一点的向量，用来描述物体表面的局部方向，通过光照能更好展现出表面的凹凸感

（3）镜面

镜面指的是一种具有反射光线能力的表面，它能够按照特定的规律反射光线，形成与原物体相似或相同的影像

（4）粗糙度

（5）金属度

六、总结

1. PBR是基于物理渲染的着色模型，PBR着色模型分为材质和灯光两个属性。
2. 材质部分由:基础色、法线、高光、粗糙度、金属度来定义材质表面属性的。
3. 灯光部分是由:直按照明、间接照明、直接高光、间接高光、阴影、环境光闭塞来定义照明属性的。
4. 通常我们写材质的时候只需要关注材质部分的属性即可，灯光属性都是引擎定义好的直接使用即可。
5. PBR渲染模型不但指的是PBR材质，还有灯光，两者缺一不可。