Physically-Based Rendering(PBR)基于物理的渲染（一）

文章目录

• 一、什么是PBR?
• 二、PBR材质分了两类：
• • • • 一类是针对surfaces物体表面的：微表面模型+美术友好的Disney BRDF原则
      • 另一类是针对volumes体积的：主要关注单次或多次散射，比如云、烟、雾、毛发、皮肤等。
• 三、Microfacet BRDF 微表面的BRDF理论：
• • • Fresnel菲涅尔反射：
    • Normal Distribution Function(NDF)法线分布函数：
    • • Beckmann模型

一、什么是PBR?

Physically-Based Rendering (PBR)基于物理渲染包含材质、光源、相机、光线传播等，但在实时渲染领域我们提PBR说的就是PBR材质。
PBR在实时领域材质丰富度没有离线PBR多，因为要考虑性能。
再者严格来说实时领域的PBR也不是严格遵循物理基础的，做了大量的简化。

二、PBR材质分了两类：

一类是针对surfaces物体表面的：微表面模型+美术友好的Disney BRDF原则

知识点：Disney迪斯尼家的渲染器是Hyperion;Pixar皮克斯家的是RenderMan;目前全球最强渲染器是Weta维塔数码的Manuka渲染器；

另一类是针对volumes体积的：主要关注单次或多次散射，比如云、烟、雾、毛发、皮肤等。

在PBR里，实时渲染基本上是在离线渲染的理论基础上做hacks，怎样用更聪明的方法实现实时。

三、Microfacet BRDF 微表面的BRDF理论：

即使宏观上物体是平的，但微观上物体表面是不平的，它们的法线朝向各不相同，这些法线的分布造成渲染出来的表面外观看起来各不相同。

微表面模型里重要的几项：

• F项：菲涅尔反射，从一个角度看过去P点有多少能量被反射。
• G项：shadowing masking
• D项：NDF法线的分布。

Fresnel菲涅尔反射：

菲涅尔现象描述的是，反射率取决于入射角(光的偏振)，即入射角和法线越垂直（与表面夹角越小），反射能量越强。

绝缘体（介质）反射率：

导体（金属）反射率：

Normal Distribution Function(NDF)法线分布函数：

法线越集中，越接近镜面反射。反之越分散，越接近漫反射。

NDF法线分布函数人们想了很多模型来描述它：如Beckmann模型、GGX模型等。

Beckmann模型

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