PBR（基于物理渲染）——基于物理的着色技术指南

PBR(Physically Based Rendering)-理论
Physically Based Rendering(PBR) 是一种基于物理定律对三维场景进行着色的技术，它通过模拟真实世界的材料特性，使得渲染结果更加逼真和真实。要实现 PBR，必须满足基于微平面的表面模型的要求。

基于微平面的表面模型

微平面模型将表面视为由大量微小的、面向各个方向的平面组成。当光线与表面交互时，它会与这些微平面相互作用，产生反射、折射、吸收等各种效果。PBR 中常用的基于微平面的表面模型包括 Blinn-Phong 模型和 Cook-Torrance 模型。

PBR 的基本原理

PBR 通过模拟光线与表面的物理交互来实现逼真的着色，其基本原理包括：

• 能量守恒： 光线与表面交互时，能量不会被凭空创造或消失，而是被反射、折射或吸收。
• 双向反射分布函数（BRDF）： BRDF 了光线与表面交互时如何反射和折射。PBR 使用基于微平面的 BRDF 模型来模拟真实世界的材料表面。
• Fresnel 方程： Fresnel 方程了光线在不同介质之间的反射和折射行为。PBR 使用 Fresnel 方程来计算光线在空气和表面之间的交互。
• 微表面遮蔽： 微表面遮蔽考虑了表面微平面之间的相互遮挡，影响光线的反射和折射行为。
  
  

PBR 的优点

PBR 相比于传统着色技术具有以下优点：

• 真实感强： PBR 能够模拟真实世界的材料特性，使得渲染结果更加逼真和真实。
• 通用性： PBR 适用于各种材质和光照条件，使其成为创建逼真渲染的通用解决方案。
• 可控性： PBR 允许艺术家控制材料的物理特性，从而实现对渲染结果的精确控制。
  
  

PBR 的应用

PBR 广泛应用于影视动画、游戏开发、产品设计等领域，为这些领域提供了逼真且高效的渲染技术。

总结

Physically Based Rendering（PBR）是一种基于物理定律对三维场景进行着色的技术，它通过模拟真实世界的材料特性，使得渲染结果更加逼真和真实。要实现 PBR，必须满足基于微平面的表面模型的要求。PBR 具有真实感强、通用性和可控性等优点，广泛应用于影视动画、游戏开发、产品设计等领域。