PBR常用贴图及使用事项

1.PBR是什么。

PBR即Physically-based rendering，基于物理的渲染。利用真实世界的规律和理论，使用数学和物理的相关知识和公式推导出一系列渲染的方程，近似地模拟真实世界。这里为什么说近似呢，因为在真实世界里，人眼的像素级别是以亿为单位的，而目前人类所使用的硬件水平和知识水平暂时还达不到这种高度，所以只能最大程度的模拟真实世界。

这里引用大佬段落作简单解释，更多关于PBR的原理和推导请跳转至原文。

原文链接：基于物理的渲染PBR（一）：pbr的基础理论和推导

2.PBR贴图是什么。

PBR贴图个人理解为存储数据的贴图，引擎提取贴图里的数据输入到对应渲染方程，渲染方程得出结果并由渲染器输出渲染效果。如链接一张白色（255 sRGB）的Metallic map金属度贴图，引擎提取金属度相关数据输入渲染方程，再由渲染器得出一个纯金属物体。

3.PBR常见贴图及使用事项：

1）Base color map（基础颜色贴图）、Diffuse map（漫反射贴图）、Albedo map（反射率贴图）

RGB图。表现物体的基本颜色。广义上Base color map、Diffuse map、Albedo map三者没有差别，实则不然。

Base color map在Metallic/Roughness工作流中包含反射颜色（电介质的漫反射颜色和金属的反射颜色）和金属的反射率，所以需要和Metallic map搭配使用。

Diffuse map在Specular/Glossiness工作流中只包含电介质的漫反射颜色，不应包含任何光照信息。PBR默认金属没有漫反射，所以Diffuse map在金属部分的颜色是黑色。

Albedo map在Specular/Glossiness工作流中包含了电介质的漫反射颜色和金属的反射颜色。

2）Metallic map（金属度贴图）

单通道灰度图，存储金属强度信息，其中黑色（0 sRGB）为零强度表示电介质，白色（255 sRGB）表示纯金属。

PBR默认金属没有漫反射，所以Diffuse map在金属部分的颜色是黑色。

PBR遵守光的能量守恒定律，所以当金属度越高也就是镜面反射越强时，漫反射会越弱，固有色越消隐。

Metallic map的效果会被Roughness map影响，如随着Roughness增强，金属感会减弱。

3）Roughness map（粗糙度贴图）

单通道灰度图，存储粗糙强度信息，其中黑色（0 sRGB）为零强度表示光滑，白色（255 sRGB）表示粗糙。

光滑表面会有小而亮的高光，而粗糙表面将会出现大而暗淡的高光。

4）Specular map（高光贴图）

RGB图，存储高光的强度、颜色，颜色越鲜明则高光越强，颜色越暗淡则高光越弱，黑色则表示没有高光。

Specular map效果会受Roughness map影响，如随着Roughness降低，高光会增强。

5）Glossiness map（光泽度贴图）

单通道灰度图，存储光泽（光滑）强度信息，其中黑色（0 sRGB）为零强度表示粗糙，白色（255 sRGB）表示光滑。

6）Normal map（法线贴图）

呈蓝紫色的RGB图，通过Normal map的法线信息改变对模型上的光照计算，表现在不增加顶点的情况下增加物体表面凹凸细节的视觉效果。

Normal map实际上没有改变模型顶点，所以看模型轮廓时，Normal map的“作假”弊端就会显现。

7）Displacement map（置换贴图）

单通道灰度图，存储置换强度信息，其中灰色（128 sRGB）为零强度即不进行置换，白色（128-255 sRGB）和黑色（0-128 sRGB）为凸起强度和凹陷强度。

通过Displacement map的高度纹理信息使模型表面产生位移和细化，实质性地改变了模型的顶点位置甚至面数，但是产生的性能损耗也高。

8）Ambient Occlusion map（环境光贴图）

单通道灰度图，存储模拟的阴影信息。模拟物体比较狭窄的夹缝、凹坑等部位的阴影，增加纵深感，体积感。

AO贴图不依靠灯光产生效果，且产生的阴影不被灯光影响。

4.一些实用原则

个人在实践中多番尝试（一顿瞎调）发现，迪士尼BRDF提出的几项原则很有意义，即：

1.艺术导向（Art Directable），并不一定物理正确。（发挥虚拟现实技术的创造性）

2.应使用直观的参数，而不是物理类的参数。（效果至上）

3.参数应尽可能少。

4.参数在其合理范围内应该为0到1。

5.允许参数在有意义时超出正常范围。（999 Intensity ：））

6.所有参数组合应尽可能健壮和合理.