基于物理的渲染（physically based shading），这到底是个什么玩意？能带来什么提升？

http://www.marmoset.co/toolbag/learn/pbr-theory

不用在意这些细节，ＧＢＡ上的高级战争啥都没有，但是多好玩啊

感谢2L的链接。文章看了一半怎么感觉是如同是在看物理教材 ……有点玄乎

PBR最大的好处是简化流程

以前的材质shader往往结构复杂，制作效率低，还有大量TA自己个性化的调整，其他人接手很难改。PBR后材质shader的复杂程度一般都大幅下降了，节约了制作时间

以前的材质shader里还可能内置了一些灯光效果，或者使用的贴图是针对特定场景的，所以就造成一个什么结果，同一个物件在不同环境灯光下出现的完全不同，有的很好有的挫的一逼，不说别的，TLOU夜晚关那画面差的，还有比灯泡还亮的屋内窗户。。。用PBR后的物体吸收和反射光线的参数都是固定的，完全与现实一致，所以任何环境灯光下都会呈现自然效果，也大幅节约了开发时间，而且提高了画面质量。



一个比较简单的例子，一块影拓手绘板，这个就是基于PBR制作的，传统的贴图上0细节，基本都是黑色，完全靠反射和粗糙度表现质感。因为本身黑色光滑塑料就是没有任何细节的纯色，传统做法想合理变现这种质感很难，PBR则是通过控制物体光滑度来调节物体高光强弱和高光范围。黑色材质的光线吸收更强，但硬质塑料的光滑度很高，所以反射出的光线是高强度的光点；磨砂黑色塑料表面比较粗糙，所以光线反射的角度是不统一的漫反射，所以反光平均化了。中心的操作区域因为有经常划过的地方，所以这些地方理应是更光滑的。其实光滑度贴图以前也很常见，但是以前的项目大多还要用高光贴图，高光算是一种涵盖范围过广的贴图模式，在光滑/粗糙度和材质蒙版贴图规范化后是可以弃用的，否则会影响PBR效果的准确性

其他还有菲涅耳效果之类的设计，就是视线与物体角度越大，高光强度和范围会发生越大的变化。。。这个不论金属还是非金属都是有的，自己在家看一下墙就知道，越远的地方因为角度越大就会越亮，正前方直视90度最暗。。。PBR对光要求也比较高，制作时需要考虑的灯光类型，因为一切以现实为基准，反而就好做了，每种灯光的辐射模式和强度，还有灯泡的色温。。。


其实PBR这套东西。。。大部分都是CG里常用的。。。结果现在被整合到游戏里来了。。。这也是为啥现在次时代画面不错的看起来都像CG的原因，PT，狒狒15，教团。。。不是说像CG就是好，不过现在的游戏确实是CG味越来越浓了。。。

[ 本帖最后由 quki 于 2014-10-14 22:58 编辑 ]

觉得像物理教材那是应该的，因为这就是一改从前凭感觉的光照模式到现在的基于物理原理建立光照模型。

感谢楼上详实解答，鸟文不好有中文的介绍确实好多了。
这么说来基于物理的渲染主要就是关于这种强反光弱反光之类的效果？是不是更多的要求美术在画贴图时要更加贴近现实世界中的原理？shader更加简单是否意味着对性能的要求反而降低了？
能不能评价一下目前的游戏从技术和美术角度那些在这方面做得特别好？

引用:

原帖由 ginaamix 于 2014-10-14 23:30 发表
感谢楼上详实解答，鸟文不好有中文的介绍确实好多了。
这么说来基于物理的渲染主要就是关于这种强反光弱反光之类的效果？是不是更多的要求美术在画贴图时要更加贴近现实世界中的原理？shader更加简单是否意味着对性 ...

对贴图要求低了。。。准确说对美术层面的要求低了，因为要尽量贴近现实，所以好处是很多东西现实里确实没细节，不需要你凭美术造诣去画了。。。很多东西就像纯塑料，为啥GOW之类都是金属，因为塑料没法画，最多可以弄脏，靠污渍和光面的对比来间接表达。。。但是对现实的观察力要求更高了，对色彩的感觉，对技术的理解要求更高。这个思路实际是正确的，因为场景做到后面，艺术的成分不像角色那么高，更多是看如何把复杂的场景合理实现，并保证优秀的效果，所以更多是看逻辑和观察能力。哦对普通游戏爱好者可能也有个损失，就是看不懂贴图了。。。以前贴图看起来基本和游戏里是一样的，PBR细分后贴图可能看起来都比较不直观。。。

纯写实的话，ZB其实都用得很少了，因为有agisoft。。。就是小岛那边也用过的东西，毛子做的3D扫描软件，照片生成模型，然后再修改就行了。

PBR基本就是基于现实的光影表现，所以基本就几个关键点，和现实一样，导体（金属）和绝缘体的区别，光滑与粗糙的区别，角度造成的光线衰减，皮肤之类次表面特殊质感，灯光模式之类。灯光上面说了，现实化的好处就是可查，你做好基础，数据按现实来就行了，效果理应和现实也是一样的。

强度

色温

灯光形状


还有一个就是镜头。。。大部分引擎应该都可以模拟各种镜头参数的效果了，ISO，曝光补偿，快门和胶片效果之类，这些属于后处理。。。所以多玩摄影，多观察现实世界，对做好场景也是有帮助的。

现在用的比较好的实物，就是小岛组的PT了吧，场景小所以负担小，质量确实炸裂了

[ 本帖最后由 quki 于 2014-10-14 23:44 编辑 ]

引用:

原帖由 ginaamix 于 2014-10-14 23:30 发表
感谢楼上详实解答，鸟文不好有中文的介绍确实好多了。
这么说来基于物理的渲染主要就是关于这种强反光弱反光之类的效果？是不是更多的要求美术在画贴图时要更加贴近现实世界中的原理？shader更加简单是否意味着对性 ...

基于物理其实不在于强光弱光，而在于对光学传播的本质建模，而ambient specular之类只是顺道产生的现象而已。就好像丢个石头到水里，从前的方式是凭感觉弄个像样的运动函数模拟水波纹，现在则是通过ns方程直接计算流体运动，然后收到冲击后，波自然而然就出来了。

没错，pbr要求美术必须按照真实物理参数来建立资源，这也是这两年很多会议的议题，各大公司都有提到流程和内容的变化，美工的适应问题。

pbr让单个shader能够表现的对象范围大大扩展，虽然这个单个的shader在计算量上比从前的简单shader可能还要高不少，比如菲涅尔，比如geometry distribution函数等等，但是因为shader切换次数少了，所以实际上在特定情况下确实能够带来一些简化。但对于一些复杂的效果，shader一样复杂，比如dc里赛车的多层材质。

目前pbr效果最好的无疑是ryse。其实之前放出的dc如果没缩那也是超棒的。之后应该就是1886了，但是似乎缺乏面光源。kz4在技术上其实走的更远，但guerrilla给人感觉就是技术激进美工不足，技术上很多牛逼地方最后没体现出来，虽然偶尔有非常惊艳的地方，但总体还是不行。次子个人感觉美工比kz4好，技术上稍逊，但总体看起来不错的。

说白了就是将材质的着色表现的真实感与相对固定和可理解的物理参数进行绑定，使表现效果的程序可以泛化使用。

优点么，就是便于学习和管理。缺点么就是某些简单效果本来可以用很简单的shader实现的现在也要基于物理参数来驱动，这种情况就有些杀鸡用牛刀，白白浪费性能了。

总的来说用在刀口上，是对项目管理有利的，但某些小地方还是应该由TA做特定的特化优化。

引用:

原帖由 shinkamui 于 2014-10-14 23:49 发表

基于物理其实不在于强光弱光，而在于对光学传播的本质建模，而ambient specular之类只是顺道产生的现象而已。就好像丢个石头到水里，从前的方式是凭感觉弄个像样的运动函数模拟水波纹，现在则是通过ns方程直接计算 ...

巨巨说的是，我是纯美术小工一个，所以讲座听完很多东西都忘差不多了，只能说个大概

但PBR这套逻辑其实还是蛮好理解的，如果用好，对制作流程的简化也非常有帮助
现在主要问题就是每家都在摸索自己的PBR，没有绝对的标准和通用流程

侄子没玩，上面忘提大概是因为没什么存在感233。。。DC很强没意见，KZ4没太看出来。。。至少很不明显，感觉还是上世代游戏的强化版吧。

引用:

原帖由 quki 于 2014-10-14 23:53 发表

巨巨说的是，我是纯美术小工一个，所以讲座听完很多东西都忘差不多了，只能说个大概

但PBR这套逻辑其实还是蛮好理解的，如果用好，对制作流程的简化也非常有帮助
现在主要问题就是每家都在摸索自己的PBR，没有 ...

呵呵，不敢称巨巨，大牛到处都是，我们只是方向不同。

个人是配合着论文看画面，越看越是感叹技术进步带来的画面震撼。ryse除了pbr还有一大堆各种各样的小技术，比如normal map的特殊mip，减少闪烁还影响roughness；比如gi对ao的影响；比如透明对象的深度；比如基于高度的一个全局大尺度ao；等等等等，都不是什么翻天覆地的技术，但加起来就是ryse极端牛逼全面的画面。当然各种小错误还是有的，当没看见了……不过，这游戏最大的问题，是tmd的一点也不好玩……

kz4看论文真心牛逼，是面光源走的最远的，体积光也很好，可就是效果一般……

cryteck算是个人最敬佩和喜欢的厂商之一吧，对技术和美术的极限发挥，确实是艺术了。就和画面不是万能一样，游戏性也不是唯一标准啊，侄子和任地狱这样的极端，还有tlou这种取巧和合理取舍的平衡性产品，都有各自的长处吧。

这种感觉最近一次有，是试用substance designer和painter后，高度人性化和易用，功能强大，连教程都很友好的在官网放了高清，越看越爽。这大概也是图形技术和游戏性的区别了：图形技术上的进化和改进让人充满对次时代的期望，虽然可能会因为各种原因略微妥协；游戏性虽然很好比如任地狱，但毕竟要有了成品，玩过了才知道。画面党和游戏性爱好者的争执，还是第一观感和实际体验的区别

RYSE这投影貌似也没在其他游戏看到过





还有DOF效果应该也是目前看到最好的，其他游戏DOF总是在物体边缘有一条比较生硬的细边，RYSE竟然连毛发边缘都可以很平滑的过度。




不过这些视觉效果都不明显啊。。。。

引用:

原帖由 littlezoo 于 2014-10-15 00:12 发表
RYSE这投影貌似也没在其他游戏看到过





还有DOF效果应该也是目前看到最好的，其他游戏DOF总是在物体边缘有一条比较生硬的细边，RYSE竟然 ...

这些就是我说的ryse里面各种细小的进步了。ryse的毛发边缘即使是半透明的，也会有深度，而一般的游戏，透明pixel是不改深度的。dof的变化是连续的但不是简单线性，具体是啥忘了……一般游戏的dof只有三个尺寸，近处的糊，中间的不糊，远处的糊，没了……
投影方面，ryse的主人公有单独的shadowmap，所以自投影很棒，而其他对象的阴影分辨率较低，加上各种采样模糊之后就有了这种层次鲜明的阴影。
ppt在另一个电脑上，就不贴图了。

[ 本帖最后由 shinkamui 于 2014-10-15 00:45 编辑 ]