Qt3d中的材质--PBR材质

Qt自带PBR材质的例子

qt中带了一个qml写的PBR材质的例子。

PBR材质是什么

PBR材质的概念

PBR（Physically Based Rendering）材质是一种基于物理的渲染技术，旨在模拟光线与物体表面的真实交互。PBR材质通过物理属性（如金属度、粗糙度）描述表面特性，使渲染结果更接近现实。

PBR材质的核心属性

• 基础色（Albedo） 定义材质的固有颜色，通常使用RGB值表示。金属材质的基础色直接影响反射颜色，而非金属材质的基础色为漫反射颜色。

• 金属度（Metallic） 控制材质是金属（1）还是非金属（0）。金属材质具有高反射率，非金属材质则依赖漫反射和次表面散射。

• 粗糙度（Roughness） 描述表面的微观凹凸程度，影响反射的清晰度。粗糙度为0时表面完全光滑，为1时反射模糊。

• 法线贴图（Normal Map） 模拟表面微观几何细节，通过RGB通道存储切线空间法线方向，增强视觉细节而不增加多边形数量。

• 高度贴图（Displacement Map） 实际改变几何形状的贴图，提供更真实的凹凸效果，但计算成本较高。

• 环境光遮蔽（AO） 模拟表面因几何遮挡产生的阴影，通常与其他贴图结合使用以增强深度感。

PBR材质的实现流程

贴图准备 准备上述核心属性的贴图，确保分辨率一致且符合PBR标准。基础色贴图需去除光照信息，避免双重计算。

材质设置 在3D软件或游戏引擎中创建PBR材质，将贴图分配到对应通道。例如在Unity中，使用Standard Shader或HDRP/LWRP的Lit Shader。

光照环境 PBR依赖精确的光照模型。使用HDR环境贴图或全局光照（GI）系统，确保反射和间接光照符合物理规律。

常见PBR材质错误与修复

• 基础色过亮 基础色贴图应避免过高的亮度值（>0.8），否则会导致材质不真实。非金属的常见基础色亮度范围为0.03-0.7。

• 金属度与粗糙度冲突 避免金属度和粗糙度贴图的极端值同时出现（如金属度1且粗糙度1），此类组合在现实中不存在。

• 法线贴图错误 确保法线贴图的Y轴方向与引擎一致（OpenGL vs DirectX）。错误方向会导致凹凸效果反向。

总结

PBR是基于物理的渲染，材质是模拟真实世界物体表面光影效果的3d材质技术。
参数主要是：

• 基础色（Base Color) ：定义了材质的表面颜色和反射特性。
• 金属度（Metallic）：用于控制材质表面是金属还是非金属。其值通常介于0（非金属）到1（纯金属）之间，直接影响材质的反射属性和外观表现。
• 粗糙度（Roughness）：用于描述物体表面的微观几何细节对光的散射影响。数值范围通常在0（完全光滑）到1（完全粗糙）之间，直接影响材质的高光反射表现。
• 法线纹理（normal） ：用于模拟表面细节的凹凸效果，通过改变表面法线方向实现光影变化，而非实际几何变形。
• 环境遮蔽Ambient Occlusion（AO）：用于模拟物体表面因自遮挡产生的阴影，增强细节的深度感和真实感。

改写Qt自带的例子，用C++实现

上面的图片中，是用C++改写Qt中qml带的实现的PBR材质的渲染的例子。
并通过qt自带的正方体的mesh给附上跟第三号一样的材质。

PbrQt3DWindow .h

#ifndef PBRQT3DWINDOW_H
#define PBRQT3DWINDOW_H

#include <Qt3DExtras/Qt3DWindow>
#include <Qt3DRender/QCamera>

class PbrQt3DWindow : public Qt3DExtras::Qt3DWindow
{
    Q_OBJECT
public:
    PbrQt3DWindow();
};

#endif // PBRQT3DWINDOW_H

TrefoilKnot 和 ShowSphereEntity 头文件

#ifndef TREFOILKNOT_H
#define TREFOILKNOT_H

#include <Qt3DCore/QEntity>
#include <Qt3DCore/QTransform>

QT_BEGIN_NAMESPACE

namespace Qt3DCore {
class QEntity;
class QTransform;
}

namespace  Qt3DExtras{
class QMetalRoughMaterial;
}

namespace Qt3DRender {
class QMesh;
}

// 自定义 TrefoilKnot 实体类（继承自 QEntity）
class TrefoilKnot : public Qt3DCore::QEntity {
    Q_OBJECT
    // 声明属性（与QML中的属性对应）
    Q_PROPERTY(float x READ x WRITE setX NOTIFY xChanged)
    Q_PROPERTY(float y READ y WRITE setY NOTIFY yChanged)
    Q_PROPERTY(float z READ z WRITE setZ NOTIFY zChanged)
    Q_PROPERTY(float scale READ scale WRITE setScale NOTIFY scaleChanged)
    Q_PROPERTY(float theta READ theta WRITE setTheta NOTIFY thetaChanged)
    Q_PROPERTY(float phi READ phi WRITE setPhi NOTIFY phiChanged)

public:
    explicit TrefoilKnot(Qt3DCore::QEntity *parent = nullptr);


    // 属性访问器
    float x() const { return m_x; }
    float y() const { return m_y; }
    float z() const { return m_z; }
    float scale() const { return m_scale; }
    float theta() const { return m_theta; }
    float phi() const { return m_phi; }

public slots:
    void setX(float x) ;
    void setY(float y) ;
    void setZ(float z) ;
    void setScale(float scale) ;
    void setTheta(float theta) ;
    void setPhi(float phi) ;

private:
    // 更新变换矩阵
    void updateTransform();

signals:
    void xChanged();
    void yChanged();
    void zChanged();
    void scaleChanged();
    void thetaChanged();
    void phiChanged();

private:
    // 属性变量
    float m_x = 0.0f;
    float m_y = 0.0f;
    float m_z = 0.0f;
    float m_scale = 1.0f;
    float m_theta = 0.0f;
    float m_phi = 0.0f;

    // 组件指针
    Qt3DCore::QTransform *m_transform;
    Qt3DExtras::QMetalRoughMaterial *m_material;
    Qt3DRender::QMesh *m_mesh;

public:
    static void setupRotationAnimation(TrefoilKnot *knot);
};

class ShowSphereEntity : public Qt3DCore::QEntity {
public:
    ShowSphereEntity(QStringList list,Qt3DCore::QEntity* parent = nullptr);

public:
    void setTranslation(const QVector3D &translation){
        m_transform->setTranslation(translation);
    }

    void setRotationY(float rotationY)
    {
        m_transform->setRotationY(rotationY);
    }

    void setMesh(Qt3DRender::QMesh* mesh);
private:
    Qt3DCore::QTransform* m_transform;

};


QT_END_NAMESPACE

#endif // TREFOILKNOT_H