什么是基于物理的渲染（PBR）

基于物理的渲染（Physically Based Rendering，PBR）是一种模拟光线与材料相互作用的着色和渲染方法，旨在通过物理原理模拟真实世界的光线行为，从而实现更逼真的视觉效果。PBR不仅是一种着色技术，还涉及材质、光照和渲染管线的综合应用。

核心原理与特点

1. 物理基础
   PBR的核心在于模拟真实世界的物理行为，包括光线的反射、折射、散射等现象。它基于能量守恒、微面模型（microfacet theory）和双向反射分布函数（BRDF）等物理模型。例如，微面模型认为表面由无数微小镜面组成，粗糙度影响反射方向；能量守恒要求反射光能量不超过入射光能量。
2. 材质与光照的结合
   PBR强调材质属性（如基础色、法线、高光、粗糙度、金属度）和光照属性（如直接照明、间接照明、阴影）的结合。材质属性定义表面特性，而光照属性由引擎自动处理。材质属性通常通过纹理贴图（如反照率、法线、粗糙度、金属度）定义。
3. 物理一致性
   PBR强调材质在不同光照条件下的物理一致性，确保渲染结果在不同环境下保持真实感。例如，金属材质和非金属材质对光线的处理方式不同，PBR通过区分这两种材质来模拟真实效果。
4. 优势与应用
   PBR相比传统渲染技术具有更高的真实感和效率。它通过物理参数化（如金属度、粗糙度）使材质调整更直观，减少艺术家的主观调整需求。PBR广泛应用于游戏、电影、建筑可视化等领域，支持跨平台兼容性和高效渲染。

实现与工作流程

PBR的实现涉及材质着色、纹理贴图、渲染管线和光照模型的综合应用。例如，PBR渲染管线支持材质在不同引擎间共享，确保视觉效果的一致性。PBR通常结合图像化光照（如预计算辐照度图）和BRDF模型（如Cook-Torrance BRDF）来模拟光线行为。

总结

基于物理的渲染（PBR）是一种基于物理原理的渲染技术，通过模拟真实世界的光线行为和材质交互，实现更逼真的视觉效果。它通过物理模型、材质属性和光照结合，提供更高的真实感和效率，广泛应用于游戏、电影和建筑等领域