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今天是2020年03月04日星期三

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01集回顧點擊跳轉(zhuǎn)pBR知識體系_認(rèn)知和應(yīng)用(重要)

02集回顧點擊跳轉(zhuǎn)PBR在游戲引擎的應(yīng)用

03集回顧點擊跳轉(zhuǎn)雙向反射分布和PBR制作

04集回顧點擊跳轉(zhuǎn)PBR的光照實現(xiàn)

05集回顧點擊跳轉(zhuǎn)基于圖像的光照

四. 進(jìn)階：PBR核心理論和原理

上章主要介紹了PBR中Cook-Torrance的BRDF的兩個部分：直接光照和IBL。

這章將深入介紹PBR核心部分的底層理論和原理，使讀者對PBR的底層原理有更徹底的理解。本章部分內(nèi)容在上一章已經(jīng)有所涉及，但會更加深入。

主要面向：

• 進(jìn)階程序員

• 對PBR底層原理感興趣的人

4.1 再論P(yáng)BR核心理論

上章講述了符合PBR必須滿足以下3個條件：

• 基于微平面模型（Be based on the microfacet surface model）。該模型將物體表面建模成無數(shù)微觀尺度上有隨機(jī)朝向的理想鏡面反射的小平面（microfacet）。微觀幾何（microgeometry）是在不同微表面改變其法線，從而改變反射和折射光的方向。常用統(tǒng)計方法處理微觀幾何現(xiàn)象，將表面視為具有微觀結(jié)構(gòu)法線的隨機(jī)分布，在宏觀表面視為在每個點處多個方向上反射（和折射）光的總和。

• 能量守恒 （Energy Conservation）。出射光線的能量永遠(yuǎn)不能大于入射光線的能量。隨著表面粗糙度的增加，鏡面反射區(qū)域的面積會增加，但平均亮度則會下降。

• 使用基于物理的BRDF（Use a physically based BRDF）。Cook-Torance的BRDF是實時渲染領(lǐng)域最普遍的PBR光照模型，上章詳述了其原理和實現(xiàn)。它是數(shù)學(xué)和物理領(lǐng)域里諸多知識的綜合體。

若是將上面3點進(jìn)一步詳細(xì)論述，將涉及以下知識點：

• 光學(xué)

• 反射

• 折射

• 鏡面反射

• 菲涅爾反射

• 散射

• 吸收

• 光的性質(zhì)

• 光的理論

• 光的能量

• 幾何光學(xué)

• 物質(zhì)

• 微觀表面

• 宏觀表面

• 分類：金屬、電介質(zhì)、半導(dǎo)體

• 與光學(xué)的交互

• 能量

• 光能

• 電能

• 動能

• 熱能

• 能量守恒

• 能量轉(zhuǎn)化

• PBR綜合

• 材質(zhì)分類

• 屬性模擬

• 光照模型

總結(jié)起來，PBR就是光學(xué)原理和物體結(jié)構(gòu)交互作用的抽象和模擬。下面先從光的性質(zhì)說起。

4.2 光的性質(zhì)

4.2.1 光是什么？

有人說光是粒子，有人說光是電磁，有人說光是一種波，有人說光是一種能量，還有人說光是量子，那么光到底是什么？

狹義上說，光是電磁輻射的某一部分內(nèi)人眼可見的電磁頻譜，即可見光，它是人眼可感知的可見光譜，是造成視覺的原因。

可見光通常被定義為具有波長在400-700納米（nm）的范圍內(nèi)，不可見的有紅外線（具有更長的波長）和紫外線（具有更短的波長）。

廣義上說，光指的是任何波長的電磁輻射，無論是否可見。包括伽馬射線、X射線、微波和無線電波。而可見光（400-700納米）只是所有波長區(qū)域的一小部分：

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