2019-08-09
来源：未来游戏研究所
作者：未来游戏研究所
Physically-based Rendering | 基于物理的渲染
在有人问起来前，不，这并不意味着"物理上看起来正确的材质"。这只不过是应用于3D图形渲染管道的一种方法，所有的材质(纹理表面)在与光交互时独特的改变它们的行为方式。现实世界中就是这样的，这也就是为什么它被称作基于物理的渲染(基于现实世界光物理的概念)。不同的材质导致光的行为不同，也就是为什么我们能够在视觉上区分不同的表面。
传统上，渲染管道依赖于美术师对光与不同的真实世界材质的交互方式的理解，并基于那份理解定义纹理贴图的效果。作为结果，不同的纹理表面之间存在着很多不一致性，以及它们与现实世界中的对应物相比之下(这一点是可以理解的，因为我们不能指望美术师对现实世界中的所有物质都有着百科全书般的知识)。对于PBR，光物理的基本原理是管道本身的一部分，并且所有的纹理表面都被归类为具有独特性质的材质，这些性质将导致光根据这些独特性质运转。这样使得不同表面得以放置于不同的光照条件以及动态相机角度之下，并动态的调整光与这些表面的交互方式。美术师不必像传统工作流程那样预定义这种交互方式。一切都是自动的。由于PBR的效率，开发人员更想要制作其中所有材质都有着影响光的独特性质的游戏。
加了“光追特效”的荒野之息
游戏原图
在《荒野之息》中，其PBR有一点艺术天赋，因此你可能甚至不会注意到其引擎有依赖于这样的管道，因为纹理并不一定需要看起来很逼真。然而，材质上所用到的BDRFs(双向反射分布函数)使得引擎有用PBR这一点比较明确。对于每一个动态光源，它的镜面高光(光源本身显示为反射表面的部分)和这些高光的反射率/折射率是根据入射角(入射光相对于表面法线的角度)和光与之相互作用的任何材质的折射率(当光线接触其表面时，材质"弯曲"了多少的光)动态生成的。如果游戏使用的是传统管道，分配在木头与金属上的镜面高光之间就不会有太大的差异。但在这个游戏中，镜面高光的产生完全取决于光与之相互作用的材质。
另一个表明《荒野之息》使用PBR的关键因素是所有材质上的Fresnel(s不发音) | 菲涅尔反射。首先，大部分使用传统管道的游戏甚至都不会用上菲涅尔反射，因为这样还不如直接用PBR了。正如我之前在讨论局部反射时所解释的那样，菲涅尔反射在入射余角处变得可见(入射光几乎与观察者/相机的视角相互作用的表面平行的角度)。根据菲涅尔反射系数，所有材质在入射余角下都达到了100%的反射率，但反射率的有效性将取决于材质的粗糙度。因此，程序员可以区分"反射率"与"折射率"。一些材质反射所有方向的光(漫反射材质)。
加了“光追特效”的荒野之息
游戏原图
即使在100%的反射率下，100%的光也可能从整个表面区域反射出来，但并非所有光都在同一方向上反射，因此光线均匀分布，而你看不到任何镜面反射(表面周围的镜像)。其他材质只会反射入射光相反方向的入射光(镜面材质)，因此你只能在适当的角度看到反射，接近90%的光都被反射了。漫反射和镜面反射材质的反射率即便是在入射余角下，其反射率(材质反射入射光能力的有效性)也不总是100%，这就是为什么在入射余角下所有材质都看不到完美的镜面反射，哪怕是在现实世界中也是如此。菲涅尔反射的清晰度将随着产生反射的材质而变化。
观察建议:注意桶子木头上的绿色光源是如何在所有角度看起来都是相同的，而这一相同的绿色光源似乎还改变了金属桶箍(桶上的金属圆圈)的反射。
发光材质与环境光遮蔽：
Emissive materials and area lights | 自发光材质与区域光源
这一个比较简单。发光物件的材质提供独特的光源，以与材质本身相同的形状照明环境。这些并不是在所有方向上传播的点光源，甚至有时会是在一个方向上照明的简单定向光源。有一点很重要值得一提，只有全局(太阳/月亮/闪电)光源才能投射阴影。然而，双向反射分布函数仍然应用于游戏中所有的光源。
观察建议:注意火剑所投射的光的形状。这一形状与剑本身的形状相匹配，但光的强度将取决于剑与它所照明的表面之间的距离。
Screen Space Ambient Occlusion | 屏幕空间环境光遮蔽
在现实世界中，当光在环境中反射后会有一定量的"环境光"为环境着色，使其变得完全漫射。如果说阴影是遮挡直射阳光物体的产物的话，那么环境光遮蔽可以被认为是环境中缝隙阻挡环境光的产物。
暂无促销活动
