3D模型主要是通过材质（Material）和贴图（Texture）来表现其精美的外表，说白了就是一张“画皮”而已。我们之前的DirectX课程中介绍过材质，它实际就是对光的反射率，这样简单的设置并不能展现3D模型的外观，因此就引入了贴图来展示模型物体的表面纹理。请注意，贴图是材质的一部分，因为材质的本质就是颜色，图像是展示颜色的最好方式。但是，本章节要讲的是PBR材质。PBR全称Physically Based Rendering，译成中文是基于物理的渲染，是目前非常流行的一种拟真渲染技术。它是利用真实世界的原理和理论，通过各种数学方法推导或简化或模拟出一系列渲染方程，并依赖计算机硬件和图形API渲染出拟真画面的技术。

以上是电影《战斗天使》的画面。主角阿丽塔是计算机通过PBR技术渲染出来的虚拟角色。对于游戏而言，PBR材质已经成为了次时代游戏的标配。Unity从5.0开始就支持PBR材质了。Unity内部实现机制遵循了PBR的基本准则，支持金属度，表面粗糙度，能量守恒，菲涅尔反射，表面阴影遮蔽等特性。

接下来，我们仍然在“LightDemo”工程中创建一个新的场景SampleScene2.unity。材质也是一个资源，所以我们要在Project视图中右键选择“Create”->“Material”，然后重命名为“TestMaterial”即可，截图如下：

我们选中“TestMaterial”材质文件，然后查看它的Inspector检视面板，查看它的属性

在我们之前的很多章节中，我们已经简单使用过材质了。我们基本上都是设置一个颜色值而已。修改的方式就是点击“Albedo”后面的颜色框，非常的简单。接下来，我们就系统性的讲解一下材质的各个属性。

首先是Shader的分类：standard和standard(Specular setup)

两者区别是，standard使用了金属模拟的外观，而standard(specular setup)使用镜面模拟的外观。两者都支持PBR材质，只是对应的参数是不一样的。我们一般使用标准着色器standard就行了。什么是Shader？它与材质的关系是什么？在Unity中，材质与Shader的关系很紧密，Shader是材质的一部分，称之为着色器。着色器的本质就是一小段程序，它负责将网格模型和贴图或者颜色按照指定的算法进行渲染输出。简单的理解，Shader的作用是告诉GPU如何去绘制模型的每一个顶点的颜色以及最终每一个像素点的颜色。另外，Shader与渲染管线也有密切的关系。我们之前在DirectX课程中讲过渲染管线的一些内容，它是非常复杂的流程，包括坐标系转换，光照计算，光栅化等等。固定渲染管线已经帮我们实现了大部分的流程，我们能够做的大部分操作只是对模型的控制，但是如果想要实现逼真的现实世界的画面，我们就需要对渲染管线的内部流程进行定制，也就是我们所说的可编程渲染管线。在Unity中就是通用渲染管线 (URP)和高清渲染管线 (HDRP)两种。在这个渲染流程中，我们就可以使用Shader来实现基于物理的着色渲染（PBR）。可以说，Shader是可编程渲染管线中非常重要的一部分，也是实现AAA级游戏画面的关键部分。

接下来就是“Rendering Mode”渲染模式，它有如下几项可以选择：Opaque（不透明），Cutout（裁剪），Fade（渐变），Transparent（透明）四种，他们影响的是透明效果，解释如下：

1. Opaque此项为默认设置，适用于没有透明区域的普通固体对象，说白了就是不透明。

2. Cutout用于创建在不透明区域和透明区域之间具有硬边的透明效果（只有透明和不透明）。

3. Transparent适用于渲染逼真的透明材质（可以设置透明度），如玻璃效果。

4. Fade - 允许透明度值完全淡出对象，可对淡入或淡出的对象进行动画化。

我们以一张图片为例，来说明“Rendering Mode”渲染模式的区别。

首先，我们创建一个Plane，然后调整它的参数，如下

 

接下来，我们将之前的一张照片（sunwukong.bmp）放置到Assets目录下。

接下来，我们如何将图片添加材质中呢？很简单，只需要将图片拖动到Albedo”前面的矩形框内，不是后面的颜色框哦。如下所示

同时，在Project面板中材质文件也会发生变化，

接下来，我们如何将材质赋予Plane平面上面呢？直接拖动材质文件到Plane上或者其Inspector检视面板中即可。这样拖动的最终设置如下

平面Plane的Mesh Renderer组件用于渲染游戏对象，它的第一个属性就是Materials材质组。我们拖动的效果就是将我们的材质赋予了材质组的第一个材质元素。回到我们Scene场景中，就会发现Plane会显示我们的图片了。

可能是由于我们对平面Plane的旋转是不对的，因此我们重新调整一下。

我们Play运行工程，查看效果

这是“Rendering Mode”渲染模式默认Opaque的效果（不透明）。

这是Cutout裁剪的效果。

这是Fade渐变效果（与Cutout裁剪类似）。

这是Transparent透明效果。

接下来我们重点说一下PBR相关的参数：

Albedo：基础色，可使用一个颜色值，也可用使用纹理贴图。相当于我们之前的漫反射颜色。

Metallic：金属度，数值在0-1之间，也可以用金属贴图代替，此时Smoothness参数会消失。金属度影响的是高光反射，数值越高，金属感越强。金属度贴图本身是一张灰白图，越白的地方，金属度越强烈，越黑的地方金属度越低。

Smoothness：光滑度，数值在0-1之间，表示材质表面的粗糙程度，影响的是反射效果。

Smoothness Source：指定存储光滑度数据的纹理通道，可选择金属度贴图的Alpha通道或基础色贴图的Alpha通道。

请注意，金属度和光滑度影响的是物体表面的反射情况，图片可能无法看到这种效果。我们使用一个球体，并附加颜色值为（123,78,8,255）的橙黄色材质来查看这两个属性的作用效果。默认情况下，金属度Metallic为0，且光滑度Smoothness为0.5，效果如下

我们可以清晰的看到高光部分，接下来我们调整光滑度Smoothness为0（金属度也是0）

高光没有了，接下来我们调整金属度Metallic为0.5（光滑度是0）

颜色偏暗，接下来调整光滑度Smoothness为0.5（金属度也是0.5）

现在就非常像一个金属球了。

接下来介绍的是四个贴图：Normal Map，Height Map，Occlusion和Detail Mask

1. Normal Map：法线贴图；用于增加模型的表面细节；只是改变的表面上的光照结果，并没有真正改变表面上的形状。通过法线贴图使物体低模物体表面具有高度的细节效果。法线贴图本身是一张蓝色的凹凸图。它的原理就是将模型表面的法线向量(x, y, z)存储到一个 RGB 纹理贴图中。法线贴图一般都是通过高模烘焙得到的，并不是手绘的。

2. Height Map：高度图，法线贴图和高度贴图都是凹凸贴图（Bump Map）。它们都是用贴图，去展现低模的表面细节，但它们以不同的方式存储数据。高度图应为灰度图像，白色区域表示纹理的高区域，黑色表示低区域。与法线贴图对比，这种技术更复杂，性能也更高。高度图和法线贴图可以一起搭配使用。

3. Occlusion 称之为AO贴图，负责环境光和环境光反射产生的间接光照，主要用于改善阴影，给场景(模型)更多的深度，有助于更好的表现模型的细节。AO 贴图本身是一张灰白图。

4. Detail Mask 细节遮罩贴图，这个贴图是配合“Secondary Maps”中的 Detail Albedo，Normal Map 两张贴图配合使用的，可以屏蔽模型的某些区域的细节纹理。这意味着您可以在某些区域显示细节纹理，某些区域不显示。这里顺便说一下“Secondary Maps”，也就是细节贴图，主要在近距离观察时具有清晰的表面细节。

最后在介绍一个“Emission”，也就是让模型自发光，这个比较简单。

总结，我们发现基于PBR材质的渲染，能够达到非常逼真的效果。但是，它需要很多的贴图来支持，这就需要美工人员来进行制作。现代游戏的研发流程：美术用建模软件，建立高模模型，然后制作出法线贴图。然后把这个法线贴图，用于减面之后的低模模型上，这样就能用普通贴图，在低模上渲染出高模上的细节。在软件使用上，除了我们日常使用的3ds max和maya之外，推荐大家使用Substance 这款软件。Substance是Allegorithmic公司的一套PBR美术制作工具，包括Substance Painter和Substance Designer两款软件。其中，Substance Painter是PBR贴图绘制软件，该软件提供了大量的画笔与材质，可以让我们轻轻松松的导入自己的模型，然后绘制输出PBR贴图。2019年初，Adobe公司收购Substance Painter和Substance Designer的开发公司Allegorithmic。随后，Adobe就发布了Substance 3D 全家桶，全新发布的 Adobe Substance 3D 系列应用软件由 Substance 套件进化而来。例如，Substance 3D Stager是三维场景搭建软件，Substance 3D Painter是次世代游戏贴图绘制软件，Substance 3D Sampler是真实材质贴图制作软件，Substance 3D Designer是三维贴图材质制作软件。目前使用比较多的是Adobe Substance 3D 2022版本，对应是Substance Painter是7.4版本。