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我正在尝试在我们的项目中实现基于物理的渲染 (PBR)（我们为学术和学习目的启动了一个小型游戏引擎），但我无法理解基于材料的金属和粗糙度计算镜面反射和漫反射贡献的正确方法是什么.

我们不使用任何第三方库/引擎进行渲染，一切都是用 OpenGL 3.3 手写的。

现在我有这个（我将把完整的代码放在下面）：

// Calculate contribution based on metallicity
vec3 diffuseColor  = baseColor - baseColor * metallic;
vec3 specularColor = mix(vec3(0.00), baseColor, metallic);

但我的印象是镜面反射术语必须以某种方式依赖于粗糙度。我正在考虑将其更改为：

vec3 specularColor = mix(vec3(0.00), baseColor, roughness);

但同样，我不确定。正确的方法是什么？有没有正确的方法，或者我应该只使用“反复试验”的方法，直到得到满意的结果？

这是完整的 GLSL 代码：

// Calculates specular intensity according to the Cook - Torrance model
float CalcCookTorSpec(vec3 normal, vec3 lightDir, vec3 viewDir, float roughness, float F0)
{
    // Calculate intermediary values
    vec3 halfVector = normalize(lightDir + viewDir);
    float NdotL = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
    float NdotH = max(dot(normal, halfVector), 0.0);
    float NdotV = max(dot(normal, viewDir), 0.0); // Note: this could also be NdotL, which is the same value
    float VdotH = max(dot(viewDir, halfVector), 0.0);

    float specular = 0.0;
    if(NdotL > 0.0)
    {
        float G = GeometricalAttenuation(NdotH, NdotV, VdotH, NdotL);
        float D = BeckmannDistribution(roughness, NdotH);
        float F = Fresnel(F0, VdotH);

        specular = (D * F * G) / (NdotV * NdotL * 4);
    }
    return specular;
}

vec3 CalcLight(vec3 lightColor, vec3 normal, vec3 lightDir, vec3 viewDir, Material material, float shadowFactor)
{
    // Helper variables
    vec3  baseColor = material.diffuse;
    vec3  specColor = material.specular;
    vec3  emissive  = material.emissive;
    float roughness = material.roughness;
    float fresnel   = material.fresnel;
    float metallic  = material.metallic;

    // Calculate contribution based on metallicity
    vec3 diffuseColor  = baseColor - baseColor * metallic;
    vec3 specularColor = mix(vec3(0.00), baseColor, metallic);

    // Lambertian reflectance
    float Kd = DiffuseLambert(normal, lightDir);

    // Specular shading (Cook-Torrance model)
    float Ks = CalcCookTorSpec(normal, lightDir, viewDir, roughness, fresnel);

    // Combine results
    vec3 diffuse  = diffuseColor * Kd;
    vec3 specular = specularColor * Ks;
    vec3 result   = lightColor * (emissive + diffuse + specular);
    return result * (1.0 - shadowFactor);
}
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1 回答 1

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您正在寻找的是材料的双向反射率分布函数 (BRDF)。在您的代码中，您引用了“Cook - Torrance 模型”，它是一种常见且有效（但计算量也很大）的 BRDF。看起来您可能会从“金属/粗糙度”模型和“镜面/光泽度”模型中获得灵感。这是一个巨大的话题，但了解这两者可能会有所帮助。

无论如何，在基于物理的着色模型中，BRDF 必须保存能量。因此，diffuse + specular 的贡献不能超过 1 或者：

Kd = 1 - Ks

着色器的物理精度取决于您对材料属性执行的计算，但在您的情况下，您可以将金属项合并到 BRDF 中，如下所示：

BRDF = (1-m)*diffuse + m*specular

从这里您可以处理照明等。

-- 金属度/粗糙度着色器起源

迪士尼想出了一种更逼真的着色器方法。UnrealEngine4 实现了这个模型，现在在术语和纹理工作流程方面存在很多混淆。

UE4 BRDF 代码 - 需要注册

迪士尼的 BRDF

基本背景

于 2016-04-09T02:44:35.850 回答