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基于物理的材质渲染

基于物理的渲染（Physically based rendering，PBR） 是通过模拟真实世界照明模型的物理特性，以逼真的方式进行渲染。下文将介绍如何在 Atom 的核心材质类型中体现 PBR 渲染的概念。

待办:

在这里为此任务创建一个GitHub问题。

核心PBR材质类型

Atom 中包含以下核心材质类型：

除上述类型外，我们还提供或可能添加更多类型，尤其是针对皮肤和眼睛等特殊用途的类型。要查找可用材质类型的完整列表，请查看 Gems/Atom/Feature/Common/Assets/Materials/Types 文件夹。

PBR 着色模型

PBR 着色模型由描述材质在物理世界中如何相互作用的属性组成。在基本层面上，PBR 着色模型需要以下属性： base color, metallic, roughness, 和 specular reflectivity。这些属性足以定义木材、金属、混凝土和其他原材质等材质。然而，材质的属性会变得复杂得多，如clear coat, subsurface scattering等等。例如，上过清漆的木材是由一种基本的木质材质制成的，上面还有一层透明涂层。

以下属性列表用于在 Atom 中定义 PBR 材质。 PBR 材质类型中的属性 表格中列出了哪些属性包含在哪种材质类型中。

属性定义
Base Color非金属（电介质）的表面反射颜色或金属（导体）的反射率值。
Metallic表面是否呈现金属光泽。
Roughness表面的表面光滑度或粗糙度。
Specular Reflectance f0非金属表面的表面反射率。常数 f0 表示正常入射角（菲涅尔 0 角）下的镜面反射率。
Emissive模拟从表面发射光线的机制。
Occlusion使用烘焙 AO 和空腔纹理贴图描述环境光对表面上某一点的影响程度。
Opacity表面的透明度。
Normal一种模拟表面凹凸的纹理贴图技术。与凹凸贴图类似。
UVs描述纹理如何映射到表面的纹理坐标。
Clear Coat表面有一层半透明的薄层。
Detail Layer与主表面混合的附加基色和法线纹理贴图，可提供小尺度细节。
Subsurface Scattering一种模拟光线穿透半透明表面后在不同位置被散射和吸收的机制。
Irradiance描述表面如何与全局照明（GI）系统的漫反射照明环境互动。它不会影响材质本身的外观。
Displacement/Parallax使用位移贴图来描述表面的凹凸或偏移。视差闭塞映射等各种技术都会使用这些信息来呈现表面的深度。
Anisotropic Response控制光照方向，使表面微小凹槽中的反射拉长。

Base Color

color for metals. base color定义了非金属的漫反射和金属的镜面反射颜色。

在 PBR 材质类型中配置Base Color属性组时，可以在Color属性中设置线性 sRGB 颜色。通过在 Texture Map属性中指定图像，可以将该颜色与纹理相结合。Texture Blend Mode决定了Color 和 Texture Map的组合方式。Factor 值可用于调整混合强度。颜色以线性 sRGB 格式存储在磁盘上，随后转换为 ACEScg 格式，再传递给着色器和 GPU.

Metallic

Metallic 属性决定了材质是作为电介质（非金属）表面，还是作为导体（金属）表面。金属值通常为完全金属（1）或完全非金属（0），但在使用纹理贴图在两者之间转换时，会出现介于两者之间的值。

在 PBR 材质类型中配置Metallic属性组时，对于均匀的表面，金属值是通过Factor属性定义的。对于具有不同金属度的表面，可以在 Texture Map属性中指定一个图像，表示每个像素的值在 0 到 1 之间。

Roughness

Roughness 属性决定了表面的粗糙度或光泽度。表面越粗糙，反射就越模糊。

在配置 PBR 材质的Roughness属性组时，Factor属性定义了统一表面的粗糙度（因子 = 1）或光滑度（因子 = 0）。对于粗糙度不同的表面，您可以在Texture Map属性中指定一个图像来表示每个像素的粗糙度值。您可以使用Upper Bound and Lower Bound ”属性调整纹理贴图的值如何转换为粗糙度级别。

Specular Reflectance f0

Specular Reflectance f0 属性决定了光线从电介质（非金属）表面反射的程度。(导体（金属）表面的镜面反射率由 Base Color)控制）。镜面反射基于菲涅尔效应，该模型描述了从表面反射的光量如何取决于观察角度和折射率（IOR）。直视表面时，视角为 0 度，也称为正常入射角。从这个视角看去，反射的光量用 f0 表示。f0 值范围在 0 到 0.08 之间，即反射光量在 0% 到 8% 之间。

在 PBR 材质类型中配置Specular Reflectivity f0属性组时，可以在Factor属性中指定一个介于 0 和 1 之间的镜面反射值。该值映射到 [0,0.08] 范围，代表 0% 到 8% 之间的 f0 值。对于具有不同镜面反射率的表面，可以在 “纹理贴图 ”属性中指定一个图像，表示每个像素的值介于 0 和 1 之间。纹理贴图对于复合材质或材质类型差异较大的材质（例如，带有皮肤、金属腰带和皮革手表的角色材质）最有用。

多重散射补偿

默认情况下，Atom 使用的照明模型假定光线只反弹一次（单次散射）；但实际上，光线可能会反弹多次（多次散射）。通过多重散射补偿，您可以配置光照模型执行额外的计算，以生成更精确的表面光照。

通过切换Multiscattering Compensation， 可以在材质中计算多重散射。这将在微观层面上模拟光线从粗糙表面多次反弹的情况，但需要额外的性能成本。该功能可使某些材质的光照看起来更真实（更明亮）。这种影响在粗糙的金属表面上最为明显。对于光滑表面和非金属表面，这种影响可能不会被注意到，因此应该禁用。

材质类型中的属性

下表列出了哪些属性包含在哪些 PBR 核心材质类型中。

属性StandardPBREnhancedPBRBasePBRStandardMultilayerPBR
Base ColorXXXX
MetallicXXXX
RoughnessXXXX
Specular Reflectivity F0XXXX
EmissiveXXX
OcclusionXXX
OpacityXX
NormalXXXX
UVsXXXX
Clear CoatXXX
Subsurface ScatteringX
IrradianceXXXX
Displacement/ParallaxXXX
Anistropic ResponseX
Detail LayerX
Detail Layer UVX