PBR是最近网络上的流行词，它是游戏美术制作经常会用到的一个绘图方法。

那么它原理和工作流程是怎么样的呢？

我们应该怎样正确高效地学习和使用PBR方法呢？

10分钟带你走进PBR标准化工作流程！（图片均来自成都完美世界美术制作中心）

首先我们来看看什么是PBR，PBR就是Physically-Based Rendering的缩写，意为基于物理的渲染。它提供了一种光照和渲染方法，能够更精确的描绘光和表面之间的作用。

它不仅擅长用来表现非常写实的材质，同时也能用来处理风格化的资源。

PBR流程制作的次世代角色 传统3D手绘角色

使用PBR有以下几个优点：

第一，用PBR方法创建材质更容易，创建材质属性时不再需要猜测，而是根据真实数据设置

第二，材质在所有光照条件下看起来都是正确的

第三，PBR提供了一种稳定的美术工作流程

PBR有两种主要的工作流（指数据以何种形式输入到引擎中）

一种是Metallic/Roughness（金属值/粗糙度）；另一种是Specular/Glossiness（镜面反射/光泽度）

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PBR的两种主要工作流

下面，我们着重看一下第一种工作流。

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根据菲涅尔效应，对于所有的材质来说，当以掠射角观察时，光滑物体接近“边缘”的地方，会形成完美的镜面，也就是说特定的角度上，“任何表面光滑的物质都可以成为完美镜面”。

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我们说金属的镜面反射值高达70%-100%，反映在Metellic工作流中，就是Metallic值为1的部分，它所对应的base color，实际上就是metal reflectance，也就是金属的镜面反射值。

下面我们看一下这两种工作流的不同点。

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比较两种工作流，Metallic由于使用了统一的非金属F0值而减少了因非金属F0值出错的可能性而更易于创作，其占用的贴图内存也更少，是目前被采用最多的工作流程。但Metallic的缺点是无法控制非金属的F0值（在有些工具中，例如UE4，可以通过Specular输入来改变F0值），在低分辨率贴图中边缘瑕疵问题会比较明显。

Specular工作流边缘瑕疵是黑色的，相较于前者的边缘瑕疵较为不明显，可以在specular贴图中控制非金属的F0值。但是相对的，Specular能够控制非金属F0值，因而在使用中更有可能导致错误值，能量守恒法则有可能会被打破，也会占用更多贴图内存：2RGB+1灰度图（镜面反射图是RGB贴图），它使用了与传统工作流程相同的术语，但却需要不同的数据，容易令人困惑。

Unity支持两种工作流，而UE4则只支持metallic工作流。Substance Designer两种工作流都支持，而Substance Painter官方说只支持metallic，如果要用specular工作流需要单独下载shader。Specular工作流对理解PBR有更高的要求，例如需要为非金属提供正确的F0值，为金属提供黑色的漫反射值，以及如果没有shader负责处理，则需要提供能量守恒方案。

综合上述两种工作流的优缺点，以及引擎和使用工具的情况来看，更偏好使用Metallic/Roughness工作流，我们来看一下第一种工作流的贴图创建规则：

（一）非金属部分 Albedo或漫反射

1.不应包含光照信息，比如AO；例外情况：Micro Occlusion

2.最暗值不能低于30（sRGB），如要严格一点，不低于50（sRGB）；例外情况：Miroc Occlusion

3.最亮值不能高于240（sRGB）

（二）金属部分 金属反射值

1.范围比较高：70%-100% （180-255 sRGB）注：如用HSV的选色方式，涉及gamma值的转换；

2.有些金属会被腐蚀；

3.表面涂漆的金属应该作为非金属处理。

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接下来我们看一个在实际工作中经常会遇到的问题，就是为什么Substance中的预览效果与导入引擎实际渲染效果差别很大？

这跟显示设备的校色、匹配场景环境、理解线性和非线性颜色空间的区别有关系。人眼感知是非线性的，即使今天的显示器是数字的，它们仍然采用伽马编码信号作为输入。伽玛空间的公认标准称为sRGB，该标准定义了一个伽马空间映射到线性空间。

贴图往往被保存在伽马空间中，Shader计算要在线性空间中进行，以保证数学计算的正确性。但结果应在伽马空间中呈现，以使我们的眼睛看起来正确。因此，当贴图在着色器中采样时，由于是基于伽马校正过的值所以会导致计算不准确的结果。

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下图是线性值和sRGB的转换。

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最后我们总结一下PBR的关键要素：

1.能量守恒，反射的光线永远不会比照到表面的入射光线更亮。

2.菲涅尔。非金属的F0值变动很小，只在2%-5%区间内；而金属的F0值范围在70%-100%。

3.Specular强度通过BRDF、roughness或者glossiness贴图和F0反射值来控制。

4.光照计算是在线性空间计算的。

一个好的PBR作品，会把物质的颜色、粗糙度、高光属性等进行分别处理，使得物质体现出更真实的感觉。