PBR实践（国外大佬文章搬运翻译）
本教程将涵盖艺术家创作的基础知识，以及各种PBR标准背后的一些推理（没有太过技术性），并涉及一些常见的误解。A NEW STANDARD（新的标准）由于计算能力的提高和对艺术内容标准化的普遍需求，迅速成为游戏行业的标准，基于物理渲染旨在重新定义我们如何创建渲染艺术作品。
基于物理渲染（PBR）是指使用逼真的着色/照明模型以及可推测的表面值来准确地模拟真实世界的材质的概念。
PBR更多的是一个概念，而不是一套严格的规则，因此，PBR系统是大势所趋。然而，由于每个PBR系统都是基于相同的主要思想（尽可能准确地呈现内容），许多概念将从项目到项目或引擎到引擎轻松地转移。Toolbag 2支持PBR系统中您所期望的大多数常用输入。
不谈渲染质量，一致性是使用测量值的最大原因。在一致性的基础上，个人艺术家创作的材质也更有章可寻。 这也使得从艺术方向的角度来看更容易，以确保艺术家团队创造的内容在每个照明条件下都会看起来很棒。
PBR FAQS（PBR 问答）
在开始之前，有必要介绍人们谈论PBR时常常出现的常见问题。
1）我不知道怎么使用PBR系统，是不是要重新学习创建艺术的内容。
在大多数情况下，不。如果您有使用动态的每像素计算照明的上一代着色器的经验，那么您已经拥有创建PBR系统内容所需的大量知识。术语往往是艺术家最大的障碍之一，所以我在下面写了一些关于各种术语和翻译的部分。这里的大部分概念是简单易用的。
2）艺术家是否需要使用偏振相机系统捕获摄影参考，以便创建他们希望的每种材料？
不，一般来说，您的工作室一般会为您提供常见的材料参考，或者，您可以找到来自各种第三方来源的已知值，如 Quixel’s Megascans服务。创建自己的扫描数据是非常技术和耗时的过程，在大多数情况下不是必需的。
3）如果我使用PBR着色器这是否意味着我的作品是物理准确的？
不是必然的; 简单地使用PBR着色器不会使您的作品物理准确。 PBR系统是物理上精确的照明，着色和正确校准的艺术内容的组合。
4）我需要使用金属质感的采样图来制作PBR吗？
不，金属图仅仅是确定反射率的一种方法，并且通常不比使用镜面颜色/强度图具有更多或更少的物理准确性。
5）我需要使用折射率（IOR）作为PBR吗？
不，类似于金属图输入，IOR只是定义反射率的替代方法。
6）镜面反射不再是一件事吗？
不完全的。镜面反射强度或反射率仍然是PBR系统中非常重要的参数。您可能没有可以直接设置反射率的采样图（例如使用金属工作流程），但在PBR系统中仍然需要。
7）需要做光泽（或粗糙度，光滑度）采样图来替换高光采样图？
不，光泽或粗糙度图定义材料的微观表面（它是多么粗糙或平滑），而不是替换镜面强度图。但是，如果您不习惯使用光泽图，它会将某些细节放在光泽图中进行调整，否则您可以添加到镜面反射图中。
8）可以使用PBR系统来创建风格化艺术吗？
是的，一点没错。如果您的目标是创造一个科幻，风格化的世界，具有准确的材料定义仍然非常重要。即使你正在创造一个麒麟彩虹的独角兽，你通常也希望独角兽遵守光和物质的物理学。（注：感觉有点过了，有兴趣的可以了解下NPR尤其是日式卡通动漫渲染）。
这方面的一个很好的例子就是皮克斯的作品非常风格化，而且经常处于材料精确度的前沿。这里有一篇关于怪物大学PBR的伟大文章：fxguide feature on Monsters University。
INPUTS AND TERMINOLOGY（输入和术语）
不熟悉PBR系统概念的艺术家通常认为内容创作是非常不同的，通常是因为使用的术语。如果您已经使用现代着色器和艺术创作技术，那么您已经拥有基于物理的渲染系统的经验和概念。
确定要创建什么类型的内容，或如何将您的内容插入PBR着色器可能会令人困惑，所以这里从一些常见的术语和概念开始。
ENERGY CONSERVATION
能量守恒的概念表明，物体不能反射比它所获得的更多的光。
实践中，更多的散射和粗糙的材料将呈现出更暗和更大范围的亮点，而更光滑和反射性强的材料将反映更亮更清晰的亮点。
ALBEDO（反照率）
反照率是基本颜色输入，通常称为漫反射图。
反照率图定义了漫射光的颜色。 PBR系统中的反照率图与传统漫反射图之间的最大差异之一是缺乏定向光或环境遮挡。方向光在某些照明条件下看起来不正确，环境光提出需要单独的添加AO曹。
反照率图有时会定义多于漫反射颜色，例如，当使用金属图时，反照率图定义了绝缘体（非金属）的漫反射颜色和金属表面的反射率。
MICROSURFACE（微表面）
微表面定义了材料的表面粗糙或平滑度。
在这里，我们看到能量守恒如何受到材料微表面的影响，较粗糙的表面将显示更宽的，更暗的反射，而较光滑的表面将显示更亮，但更清晰的镜面反射。
根据您使用的引擎，您的纹理可能称为粗糙图而不是光泽图。实际上，这两种类型之间几乎没有区别，尽管粗糙度图可能具有反向映射。即：暗值等于光滑/光滑的表面，而亮度值等于粗糙/哑光表面。默认情况下，Toolbag希望白色定义最平滑的表面，而黑色定义最粗糙的表面，如果要加载具有反相刻度的光泽度/粗糙度图，请单击光泽模块中的反转复选框。
REFLECTIVITY
反射率是表面反射的光的百分比。所有类型的反射率（也称为基底反射率或F0）输入，包括镜面反射率，金属度和IOR，都定义了当垂直观察时表面的反射程度如何，而菲涅尔定义了表面在平角时的反射率。
重要的是要注意绝缘材料的反射率范围是很小的。结合能量守恒概念，很容易得出结论，表面变化通常应在微观表面图中表示，而不是反射率图。对于给定的材料类型，反射率往往保持相对恒定。反射颜色对于绝缘子来说往往是中性/白色的，有眼色的仅对金属。因此，在金属材质种可以丢弃专门用于反射强度/颜色（通常称为镜面图）的图。
当使用金属图时，金属图中的绝缘表面 - 设置为0.0（黑色）像素被赋予固定的反射率值（线性：0.04 sRGB：0.22），并使用反照率图进行漫反射值。对于金属表面 - 金属图中的像素设置为1.0（白色） - 镜面颜色和强度取自反照率图，漫反射值在shader中设置为0（黑色）。金属图中的灰度值将被视为部半金属性，并将从反照率中拉出反射率，并将散射度与该值成比例地变暗（部分金属材料不常见）。
再一次，金属图不是或多或少地比标准镜面图精确，然而，这是一个可能更容易理解的概念，并且可以将金属图映射到灰度图中以节省内存。在镜面图上使用金属图的缺点是对绝缘材料的精确值的失去控制。
传统的镜面图提供了对镜面强度和颜色的更多控制，并且在尝试复制某些复杂材料时允许更多的灵活性。镜面映射的主要缺点是它通常会保存为24位文件，从而导致更多的内存使用。它还要求艺术家对物理材料属性有非常好的了解，以获得正确的价值，根据个人的观点，这可以是正面的也坑能是负面的影响。
专业提示：金属图应该使用0或1的值（某些渐变可以适用于转换）。像涂漆金属的材料不应设置为金属，因为油漆是绝缘体。金属值应代表材料的顶层。
IOR是定义反射率的另一种方法，相当于镜面和金属输入。与镜面输入的最大差异在于IOR值是用不同的比例定义。IOR刻度确定光线相对于真空穿过材料的速度。 IOR值为1.33（水）意味着光通过水比空间真空度慢1.33倍。你可以从Filmetrics Refractive Index Database获得更多测量数据。
对于绝缘子，IOR值不需要颜色信息，可以直接输入到索引字段，而extinction字段应设置为0。对于具有颜色反射的金属，您需要输入红色，绿色和蓝色通道的值。这可以通过映射图输入（其中映射的每个通道包含正确的值）来完成。还需要将extinction设置为金属值，您通常可以在包含IOR值的库中找到它。
通常不建议使用IOR而是反射或金属输入，因为它通常不用于游戏，并且在具有多种材料类型的纹理中获得正确的值是困难的。ToolBag2中支持IOR输入相比科学目的更侧重实用性。
FRESNEL（菲涅耳）
菲涅尔是表面在广角度反射的光的百分比。
菲涅耳通常应设置为1（并且与金属反射模块一起锁定为1），因为所有类型的材料在广角都变为100％反射。微表面差异会导致自动生成的光泽图更亮或更暗的菲涅尔效应的。
Fresnel，在Toolbag 2和大多数PBR系统中，由BRDF自动近似计算，在这种情况下Blinn-Phong或GGX，通常不需要额外的输入。然而，Blinn-Phong BRDF的菲涅耳提供一个额外的控制，这种方法应该是被遗弃的，因为它可能导致非物理准确的结果。
AMBIENT OCCLUSION（环境光遮挡）
环境遮挡（AO）表示大规模光被遮挡时，通常是从3d模型中烘焙。将AO添加为单独的映射图，而不是将其烘焙到反照率和镜面映射中，使得着色器能够以更智能的方式使用它。例如，AO功能仅阻挡环境漫射光（Toolbag 2中基于图像的照明系统的漫射分量），而不是来自动态光的直接漫射光或任何类型的镜面反射。
AO通常不应乘以镜面或光泽图。将AO乘以镜面图可能是过去常见的技术，以减少不适当的反射（例如在遮挡物体上反射的天空）但是现在，本地的屏幕空间反射在表示对象间反射方面做得更好。
CAVITY（凹槽）
凹槽图表示小规模遮挡光，并且通常由3d模型或法线贴图烘烤。
凹槽图应仅包含表面的凹面（凹坑），而不是凸面区域，因为是乘法操作。内容应大部分为白色，较暗的部分表示表面的凹陷区域，光线将被陷入。凹槽图影响环境和动态光源的漫反射和镜面反射。
或者，反射遮挡图也可以被加载到凹槽图中，但是当这样做时，请确保将漫反射的值设置为0。
FINDING MATERIAL VALUES 查找材质值
使用PBR系统最困难的挑战之一是找到准确和一致的值。互联网上有各种测量值的来源，但是找到一个有足够全面信息库真的很痛苦。
Quixel’s Megascan’s服务在这里非常有用，因为它们提供了一个从现实世界数据扫描的大型校准贴图的纹理库。
大多数库的材质信息往往是在实验室条件下从原材料中测量出来的，您在现实生活中很少看到。
材料纯度，年龄，氧化和磨损等因素可能会导致给定物体的现实世界反射率值的变化。而Quixel的扫描是从现实世界的材料测量的，会根据上述各种条件，即使在相同的材料类型中也经常发生变化，特别是当涉及光泽/粗糙度，上图中的值应该被认为是更多的基础值，而不是刚性/绝对的参考
CREATING TEXTURE CONTENT（创建材质内容）
有许多方法可以为PBR创建纹理; 您选择的方法将取决于您的个人偏好和您使用的软件。以下是我用来创建镜头的方法的简要介绍：
首先为每个面创建基础材质，通过Megascans生成的平铺纹理图集。数据来自测量的值，而在那里缺乏适当的参考，逻辑和观察，来确定这个值。从ToolBag中创建可以允许调整这个值到一个精确的结果。通常，我将基础材质直接分配给我的高模，以便在进行最中终烘烤之前，了解纹理如何聚集在一起。在设置我的基础材质后，我将对应的值和纹理带入了Photoshop，并开始以合乎逻辑的方式分层。黄铜底部，镀镍，哑光底漆，半光泽纹理漆，刻字用的油漆，最后是红色光泽塑料。这种分层设置提供了一种简单的方式，以简单的遮罩显示下面的各种材料。可以通过诸如以下软件来实现类似的分层功能： dDo, Mariand Substance Designer.
在我设置完基础层厚并混合在一起来表示各种磨损阶段后，我添加了一些额外的细节。首先我用dDo产生灰尘和污垢，然后我完成了光泽图中的微表面变化。
用于为PBR系统创建内容的具体方法比最终结果重要得多，因此请随时尝试并找出最适合您需求的内容。然而，您应该避免在调整一些特定的值在默写光照条件下看起来很有趣。为您的材料使用统一的基础值可以大大简化流程，提高大型项目的一致性和资产重用性，并确保您的资产总是看起来很棒，无论您对他们使用什么样的光照。
文章转载自【知乎】
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