1 PBR/PBS

1.1 PBR和传统技术相比

基于物理的渲染指的是一个总的过程：基于物理参数的美术流程和渲染流程。基于物理的灯光和相机这篇文章总结的好好，与传统的技术相比，PBR有真实的测量值作为标准，排除了主观审美带来的不确定性，制作出的效果更统一、准确。

正因此，PBR绝不止是简单的Shader，它包括以下三个部分：

基于物理的材质Material
基于物理的光照Light
基于物理适配的相机Camera

三部分互不影响，但都必须保证准确。传统的着色思路是在特定光照下调整材质，光照变了效果就变了，比较之下PBR才能实现一种材质在不同光照环境下呈现的效果都是正确的。

1.2 PBR和PBS的关系

基于物理渲染，其实就是基于真实物理原理的BRDF模型。去年9月份开始学习百人计划就有一点点涉及：【技术美术图形部分】2.2 模型与材质基础，这篇博客中2.3节探讨了shading的光照模型们：标准光照和PBS，甚至还探讨了PBS和PBR的关系，以及Unity中PBR的两种工作流（Metalic&Specular），这里我们就补上4个月前挖的坑：

2 4个经典光照模型

分别是，

Lambert
半Lambert（[0,1]-->[0.5,1]，提升了漫反射亮度）
Phong（增加了镜面反射）
Blinn-Phong（用半角向量以优化了高光）

快速复习通道：【Unity Shader】实现基础光照模型

3 Cook-Torrance模型

着色模型与PBR原理综述叙述PBS历史的时候，开头就从Cook和Torrance提出的光反射模型——Cook-Torrance模型开始介绍。这其实是微表面材质模型的知识范畴，在6月份左右GAMES101作业7提高-实现微表面模型你需要了解的知识就有涉及到，Cook-Torrance增加了D、F、G三项信息去刻画细节，提升了渲染的真实感：

4 Disney原则的BRDF

该部分学习主要参考了：【基于物理的渲染（PBR）白皮书】（三）迪士尼原则的BRDF与BSDF相关总结

基于对现实材料的考察，Disney的BRDF简化了复杂的PBR参数和制作流程，给出了一套基于少量简单易懂的参数和高度完善的美术工作流程，成为了后续游戏和影视行业遵循的PBR方向和标准，也是次世代（后续有介绍“次世代”概念）高品质渲染技术的代名词。

BRDF之后又提出了BSDF，时间线大概是2012年推出Disney Principled BRDF，2015年提出Disney BSDF。

4.1 Disney采用的材质分析

MERL 100 BRDF材质库

BRDF Explorer

BRDF Image Slice切片

点到为止，具体可以直接看参考文章的第二部分总结。

4.2 10个标量参数

迪士尼原则的BRDF核心理念在于：使用直观参数，参数尽可能少，范围在[0,1]等，总之是一种非金属和金属材质的混合模型，用参数金属度metallic在金属和非金属BRDF之间进行线性插值，这个方法不是那么的“物理”，但“美术友好”。

至于都有哪些参数，我选择直接截图的方式展示出来，之后复习也会更加方便（图源）：

4.3 Disney原则的Specular

主要是微平面理论的内容，我在GAMES101作业7提高-实现微表面模型你需要了解的知识这一篇文章对于以下关键的三项都过讨论：

法线分布项D
阴影遮挡项G
菲涅尔项F

本篇文章主要补充的是下一节计算Diffuse项的方法，以及次表面模型的细节。

4.4 Disney原则的Diffuse

关于Lambert模型

实时渲染中最常采用的是Lambert来模拟漫反射：

Disney原则的BRDF也采用了Cook Torrance BRDF模型，但对于漫反射计算有自己的看法。

Diffuse项的特点

Disney通过分析MERL 100 BRDF材质，发现真实材质的diffuse项有这两种特点：

diffuse会有类似于specular的光斑
部分材质的diffuse会在掠射角有明显的光环——掠射逆反射（会在5.4小节细说）

以上提到的两个特点都是简单的Lambert模型所无法实现的，为了解决这一问题Disney选择了更加复杂的、具有方向性的（non-Lambertian）漫反射计算方法——Schlick菲涅尔近似等式+掠射逆反射，先放上Disney的漫反射公式（公式我就直接截图的参考文章里的了~）：

这个公式耦合了两个因素，

Schlick菲涅尔近似
掠射逆反射

之前在用Cubemap实现天空盒和环境映射中实现菲涅尔反射时就用这个近似来计算了，下一小节的重点会放在掠射逆反射相关的次表面散射。

5 次表面散射 SSS

从diffuse项突然跳转到次表面散射，其实叙述思路是参考了【渲染】Disney BSDF 深度解析这一篇文章。

次表面散射，即Subsurface Scattering, SSS，是一种从微观尺度对物体表面漫反射光的解构，某一篇参考文章中说的非常好：“次表面散射之于漫反射，就像H2O之于水，只有研究水的分子结构才会说H2O，日常都会说水而非H2O”，所以对于日常使用来讲，漫反射更多想到粗糙的Lambert漫反射模型，而深究下去漫反射其实是次表面散射。