火星时代：如何在影视渲染中使用PBR流程？.doc

火星时代：如何在影视渲染中使用PBR流程？ 火星时代特邀作者带来今天的教程—— 图片来源：神秘海域4游戏截图，PBR流程应用典范 本文将从影视从业者的角度，非常细致专业地地讨论这几个问题，让大家明白这一切的来龙去脉。（建议在理解能量守恒，菲尼尔反射，所有物体都具有反射[4]，所有反射都是菲尼尔反射[5]的基础上阅读本文） 一、怎么用影视的逻辑理解PBR？ PBR是physically based rendering的缩写，翻译过来是基于物理的渲染。然而这只是一个名字，只能说是一定程度上接近物理，离真正的物理还是有差距。不过PBR流程已经可以非常优秀地描述日常生活中我们遇到的大多数材质了。 对于从事影视工作的很多朋友来说，理解PBR材质的属性有一定的困难，因为使用的词汇跟我们用的材质球上的有些不一样。PBR使用的属性主要是这四个——diffuse、roughness、metallic、normal（这里主要讨论的是最流行的metal-rough模型，而不是specular-glossiness模型或者其他），其中diffuse、roughness、normal都和影视行业中使用一致，分别指代材质的漫反射颜色、反射模糊粗糙程度、以及法线。而最难理解，也是差异的关键，就在这个Metallic属性上。 Metallic翻译过来是金属度，按照一些文档的说法[1]，这是个很简单的概念，就是指材质是否是金属。这个数值原则上只接受两个数值——或者1。Metallic为的时候，这个材质就不是金属，就是所谓的电介质材质（dielectric）；Metallic为1的时候，那么这个材质就是金属材质。（除了金属以外的几乎一切材质都是电介质） 然而，这只是一种很感性的说法。对于已经有完备知识体系的渲染艺术家来说，这个参数是不可理喻的，几乎找不到任何既有的经验与之对应。用影视从业者可以听懂的语言跟大家说的话，实际上这个参数真正控制的东西是F0，也就是菲尼尔反射中，与摄像机视线垂直的面的反射率。之所以要叫F0，是因为摄像机视线与这个区域面法线的夹角为0度。 图片来源：allegorithmic官方帮助文档，VOLUME 1: THE THEORY OF PHYSICALLY BASED RENDERING [2] 当metallic值为0的时候，F0的值是0.04；而当metalness值位1的时候，F0的值是1；metallic是0-1的中间值的时候，F0也会在0.04和1之间进行对应的插值，估计是线性差值。在这个过程中F90不变，永远恒定为1（也就是图中圈出的边缘区域，标记为100%）。 F0这个属性，说起来好像我们平时也没用过啊？实际上并不是，在Arnold渲染器的默认材质Aistandard上，有一个叫做Reflectance at Normal的属性，从字面意思来说，是法线方向的反射率；这里所谓的法线方向，就是前文提到过的摄像机视线与面法线的夹角为0度时的法线方向；那么这个属性，实际上就是F0属性。 这样看的话，PBR流程里输出的贴图，似乎和我们平时使用的渲染器，都可以一一对应上，那么，从道理上来讲，我们也可以使用PBR流程的贴图啦。 二、如何在我们熟知的渲染器中使用PBR贴图？ 使用的方法本身也并不很复杂，不过要分成两种情况来讨论。因为从事影视工作的朋友平时用的渲染器对于反射的处理方式有所不同，所以要使用不同的方案来对接。在这里，我就例举两个代表性的渲染器Arnold和VRay。 (1）在Arnold中使用PBR贴图 首先，我们要导出PBR的贴图供Arnold渲染器使用，在这里，我使用的贴图软件是Substance Painter；由于它提供了多样而灵活的导出方案，可以加快工作流程，所以这里选择了它。导出的时候，直接就有Arnold的贴图预制可供使用。 ? 其中，Diffuse贴图连接Diffuse Color通道，色彩空间为sRGB。Specular贴图连接Specular Color通道，色彩空间为sRGB。Roughness贴图连接Specular Roughness通道，色彩空间为linear。F0贴图连接Reflectance at Normal通道，色彩空间为linear。（这里要勾选fresnel选项） Normal贴图连接Bump Mapping通道，色彩空间为linear。Bump 2d Node设置为Tangent Space Normals。在这个过程中Specular的Weight恒定为1。别的贴图的使用本篇文章暂不讨论。 在贴图都连接并且设置正确，渲染器的色彩空间也设置正确的情况下，通过Arnold渲染出来的结果，会和Substance Painter中截图的效果非常接近。 Substance Painter中截