什么是 PBR？
PBR 不是僅針對(duì)材質(zhì)，他其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)性渲染流程，包含了光線、材質(zhì)、紋理、色彩管理等。在這個(gè)體系當(dāng)中，無(wú)論是經(jīng)由物理化材質(zhì)實(shí)現(xiàn)的光照、陰影或者色彩變化，還是物體表面的材質(zhì)特征都將會(huì)有非常大的提升。
PBR 看似如此復(fù)雜的技術(shù)，但背后的原則卻很簡(jiǎn)單，就兩條：
物理上大家都了解能量守恒定律，這里我們用同樣概念來(lái)理解光線。Specular 高光反射光與 Diffuse 漫反射光其實(shí)是相互排斥的，有你沒(méi)我的感覺(jué)，因?yàn)殡x開(kāi)表面的光總量不能比其接受的入射光強(qiáng)，兩者的綜合值加起來(lái)不能超過(guò)1，這意味著，如果你的希望材質(zhì)有較高的高光反射效果（高反射率），就需要要去降低漫反射，能量守恒是 PBR 的一個(gè)重要的指導(dǎo)思想，可以讓系統(tǒng)計(jì)算光線效果時(shí)，不會(huì)違法物理定律。
其實(shí)任何物體都會(huì)對(duì)光線有吸收，稱之為平面散射，光線在接觸物體后會(huì)分為兩部分繼續(xù)前進(jìn)：進(jìn)入物體表面的部分（折射，在物體內(nèi)部傳播中被吸收或散射），從表面出去進(jìn)入人眼（反射）。
但因?yàn)槲矬w的表面材質(zhì)不同，表面光線的方向變化也會(huì)有區(qū)別。平滑的表面偏移比較輕微，從而反射光的方向變化也較小，有了較清晰的反射，如上面圖效果。而下面的表面粗糙，表面方向的變化范圍也較廣泛，反射光的方向變化也比較大，出現(xiàn)了模糊的反射。通常我們?cè)诓馁|(zhì)中會(huì)用 Roughness 參數(shù)來(lái)控制，有時(shí)俗稱這是在添加磨砂效果。
這里還有一點(diǎn)誤區(qū)，就是我們常理解只有水這樣的液體或果凍類軟體，會(huì)存在光線穿透再折射或反射（通常使用 SSS 效果來(lái)表現(xiàn)這種質(zhì)感），在現(xiàn)實(shí)世界中，我們?nèi)绻皇强?Specular 高光效果，那這個(gè)理解是沒(méi)問(wèn)題的，但 Diffuse 漫反射呢？
對(duì)于任何一個(gè)物體，當(dāng)產(chǎn)生漫反射的光線到達(dá)物體表面時(shí)，一部分會(huì)經(jīng)過(guò)折射，被材質(zhì)吸收（或者說(shuō)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這就是太陽(yáng)下的石頭越烤越燙的原因），或者在內(nèi)部進(jìn)行散射。一部分散射光最終會(huì)重新返回表面，再?gòu)谋砻嬲凵涑鰜?lái)，并被攝像機(jī)或眼睛所捕捉到。那么形成漫反射效果的光在被物質(zhì)吸收并散射后，會(huì)成為不同波長(zhǎng)的光（也稱跨越光譜），這也就給予了物體不同的顏色，比如金屬會(huì)吸收所有的穿透光，也就沒(méi)有任何漫反射部分，但金屬氧化的部分會(huì)和一些表面殘留物，構(gòu)成少量的散射光，形成不同的顏色，而正因?yàn)樯⑸涞幕靵y比較均勻，從每個(gè)方向看起來(lái)都是一樣，所以這點(diǎn)和鏡面光效不一樣。
所以你看，其實(shí)金屬的漫反射屬性是為0的。這樣思考之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，這和我們平時(shí)制作材質(zhì)的思路好像有點(diǎn)不一樣了呢？對(duì)，不過(guò)要將這種反射思路混合起來(lái)，還需要了解最重要的一個(gè)參數(shù)，就是剛才提到的，無(wú)處不在的菲涅爾效果。
菲涅爾指的是：光在光疏介質(zhì)傳遞到光密介質(zhì)的時(shí)候，在一定的角度下會(huì)發(fā)生全發(fā)射。公式為sinc=n1/n2。其中兩個(gè)n分別為兩種介質(zhì)的折射率。角度C為全反射的臨界角度。
聽(tīng)不懂是吧，哈哈太科學(xué)了，換個(gè)簡(jiǎn)單的方式解釋吧，看個(gè)圖。
有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，其實(shí)湖水是相當(dāng)清澈的，我們看近景位置，水的穿透效果真好，水底一覽無(wú)余，但是越往對(duì)岸看去，越發(fā)現(xiàn)水的反射效果越強(qiáng)，在最遠(yuǎn)處，也就是平面和視覺(jué)夾角最小的位置，可以看到湖面幾乎成了一面鏡子（100%的反射）。那么我們就可以用菲涅爾來(lái)定義這種效果，其指代的是材質(zhì)的反射率和入射角（也就是光源入射向量和平面法線向量的夾角）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是說(shuō)，入射光的角度越大，反射率也會(huì)越強(qiáng)。
PBR 理論中，就是重點(diǎn)借助菲涅爾來(lái)修正材質(zhì)的光線關(guān)系，這里略枯燥，但很重要哦，看下圖！
這是一個(gè)黑色的塑料材質(zhì)，我們就稱之為通用的非金屬效果，其中，越接近邊緣橙色區(qū)域，也就是視覺(jué)角度達(dá)到了90度，材質(zhì)反射率可以無(wú)限趨近100%，而平視角度的反射率接近物體本身的值。對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)中，水和液體的物理反射率是2%，磚塊8%，其他有機(jī)材質(zhì)和塑料是5%，半導(dǎo)體和晶體是15%~50% ，那么金屬呢？看下圖。
我們可以看到，金屬本身的反射率就是60%~90%，而當(dāng)視覺(jué)角度逐漸加大時(shí)，金屬和非金屬都會(huì)無(wú)限接近100%反射，他們之間的唯一區(qū)別也就是效果的跨度感了。所以，制作材質(zhì)的時(shí)候，是不是我們只需要設(shè)置物體的起始反射率就行了，剩下的逼近效果就留給系統(tǒng)自己完成，如何？
那么 PBR 中通常就會(huì)使用到前面講到的 Roughness 光澤度屬性，為物體提供一個(gè)基礎(chǔ)反射率，設(shè)置其表面的最小反射值，然后剩下就交給系統(tǒng)，讓其自動(dòng)解算菲涅爾曲線，以滿足不同角度的效果需求。
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