建模工作流對(duì)比與PBR紋理變換教程
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發(fā)布時(shí)間： 2018-09-19 10:27 | 瀏覽量：
本教程向大家說(shuō)明傳統(tǒng)渲染器下創(chuàng)建的貼圖如何能夠轉(zhuǎn)換為PBR渲染器貼圖，如何實(shí)現(xiàn)PBR工作流貼圖向其他工作流的轉(zhuǎn)換，以及這些工作流之間的差異。這篇教程適合高級(jí)業(yè)內(nèi)人士閱讀參考，所以請(qǐng)確保之前有閱讀過(guò)Jeff Russell和我寫(xiě)的兩篇PBR教程，里面有詳細(xì)地介紹PBR中的一些基本概念，而在這篇教程中這些概念只會(huì)簡(jiǎn)單提及。
Basic Theory ofPhysically-Based Rendering —— Jeff Russell
Physically BasedRendering, And You Can Too! —— Joe Wilson
目錄
PBR：誤解與謬論
PBR：做了哪些改變
傳統(tǒng)工作流概述
貼圖轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)貼圖->PBR貼圖
Metalness工作流 VS Specular工作流
紋理轉(zhuǎn)換：specular -> metalness
紋理轉(zhuǎn)換：metalness -> specular
對(duì)比和說(shuō)明
材質(zhì)邏輯（material logic）
PBR：誤解與謬論
在開(kāi)始之前，我想先澄清一些事情。目前為止，仍然有許多人對(duì)于究竟什么是PBR以及PBR中需要什么樣類型的貼圖存在疑惑。
首先，PBR系統(tǒng)并不要求一定是金屬貼圖（metalness map），使用了高光貼圖（specular map）也并不意味著就一定不是“PBR”。我定期在論壇上有看到關(guān)于這方面的評(píng)論，當(dāng)有人看到設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高光色澤貼圖的時(shí)候，他們經(jīng)常會(huì)問(wèn)“為什么不用PBR？”，那么就讓我來(lái)剖析一下究竟什么是PBR。
PBR基本概念是一系列復(fù)雜的處理真實(shí)物理和光照的渲染器的組合，以及一系列使用標(biāo)準(zhǔn)化的表示真實(shí)材質(zhì)參數(shù)的貼圖。本質(zhì)上，PBR就是一個(gè)用于創(chuàng)建貼圖和渲染工作的整體系統(tǒng)，在不同的工具和引擎的作用下會(huì)產(chǎn)生不同的實(shí)現(xiàn)效果（一般指渲染器模型和貼圖的輸入類型）。
此外，直接將非PBR貼圖載入到PBR渲染器中進(jìn)行渲染，并不能確保得到正確的真實(shí)效果。這種想法跟上面提及的“為什么不用PBR”一樣被人們頻繁誤解。渲染器只是PBR中的一部分，要得到正確的真實(shí)效果，你還要考慮如何正確地校準(zhǔn)以及使用PBR下的貼圖。
最后一個(gè)問(wèn)題，PBR會(huì)發(fā)生漫反射還是反射？這兩者本質(zhì)上是一件事，物體的固有色常常能夠轉(zhuǎn)換使用。
PBR：做了哪些改變
想要充分理解如何創(chuàng)建PBR貼圖或者如何將之前模式下的貼圖轉(zhuǎn)換到PBR中，就必須要清楚PBR渲染器做了怎樣的改變。其中一個(gè)最大的不同之處就是現(xiàn)代渲染器下光照的計(jì)算方式非常高級(jí)。如今PBR使用了動(dòng)態(tài)光源和實(shí)時(shí)陰影技術(shù)，以及提供了基于圖像的光照技術(shù)（image-basedlighting）的精準(zhǔn)環(huán)境漫反射和鏡面反射。這也就意味著我們不用再去將光照、反射、陰影等直接繪制到貼圖上。跟以往相比，我們就能將注意力轉(zhuǎn)移到重現(xiàn)真實(shí)材質(zhì)的屬性上，而不用再去烘焙光照貼圖。
此外，線性空間渲染使得我們不用再在高光貼圖中使用漫反射的補(bǔ)色來(lái)獲得真實(shí)的白色高光，同時(shí)PBR微表面算法中的能量守恒（表面越粗糙，漫反射越強(qiáng)，整體明暗越亮）將不再需要我們手動(dòng)在高光貼圖中構(gòu)造粗糙（更黑）和光滑（更亮）的區(qū)域。這就意味著高光貼圖通常只用為每種材質(zhì)類型包含比數(shù)值多一點(diǎn)的信息（表示絕緣體的灰度等級(jí)，表示金屬的色彩信息），而大部分的變化則會(huì)交給微表面貼圖來(lái)定義。
傳統(tǒng)工作流概述
為了展示現(xiàn)代渲染器和傳統(tǒng)渲染器之間的不同，我在這使用之前創(chuàng)作出的狙擊槍作品來(lái)舉例。之所以用它來(lái)舉例，是因?yàn)樗軌蛘宫F(xiàn)出很多我之后不會(huì)在PBR系統(tǒng)中用到的典型方法，例如：
1. 漫反射貼圖太暗，只能在特殊的光照環(huán)境中才能獲得非常好的效果。
2. 環(huán)境光遮蔽（Ambient occlusion）和cavity細(xì)節(jié)直接繪制到了漫反射和高光貼圖上了。AO/cavity應(yīng)該通過(guò)單獨(dú)的輸入添加進(jìn)去，這樣能夠讓渲染器更加智能地使用它們。此外，大范圍的AO更不應(yīng)該直接添加到高光貼圖中，因?yàn)樽钃豕饩€并不等同于低反射表面（正如高光貼圖所定義的那樣）。
3. 漸變映射貼圖的信息也被繪制到了漫反射貼圖和高光貼圖中。漸變映射貼圖可以當(dāng)做用來(lái)手動(dòng)創(chuàng)建遮罩實(shí)現(xiàn)局部效果的工具（比如角色更低區(qū)域的臟的信息）；但這絕不是將它直接繪制到貼圖中的理由。
4. 這里使用的渲染器并不支持光澤貼圖。這就意味著高光貼圖必須同時(shí)嘗試顯示反射度和微表面細(xì)節(jié)，同時(shí)使用一個(gè)光澤度值來(lái)控制整體的材質(zhì)效果。
5. 這里使用的高光值是通過(guò)眼睛測(cè)量的，而不是真實(shí)材質(zhì)屬性。那么結(jié)果導(dǎo)致了金屬部分反射太強(qiáng)烈，同時(shí)還毫無(wú)理由地偏黃，而且塑料和橡膠部分的材質(zhì)沒(méi)有足夠的反光。
貼圖轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)貼圖->PBR貼圖
現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了傳統(tǒng)渲染器和PBR渲染器之間的不同點(diǎn)，那么就可以在PBR工作流中進(jìn)行人為地更新貼圖信息。
首先，移除漫反射貼圖和高光貼圖中的光照信息和漸變映射信息。AO和cavity信息單獨(dú)作為兩張貼圖，并放置到渲染器相應(yīng)的位置上。然后，將漫反射貼圖適當(dāng)調(diào)亮一些。
由此，將高光信息（specular content）分解成一個(gè)光澤貼圖和一個(gè)高光貼圖。將原高光貼圖中所有的表面信息移植到新建的光澤貼圖中，然后更新這些值以使它們符合不同材質(zhì)的微表面結(jié)構(gòu)。如果光澤貼圖已存在，那么再次確認(rèn)這些值是否合理。例如，通常步槍底層的金屬原料要比涂層的噴砂面更加平整/光滑，而光滑油漆層中的劃痕則更顯粗糙。
隨著大部分紋理變化信息由高光貼圖轉(zhuǎn)移到光澤貼圖上，我們就能將精力集中到反射率的思考和設(shè)置上?，F(xiàn)在的關(guān)鍵點(diǎn)是區(qū)分物體哪些部分是金屬材質(zhì)，而哪些部分是非金屬材質(zhì)（當(dāng)然，即便你并不使用metalness工作流）。理由非常簡(jiǎn)單，非金屬的反射沒(méi)有顏色并且反射率大概在4%的線性區(qū)間（或者#383838 sRGB），區(qū)間范圍通常在2-16%（除了寶石以外很少有非金屬會(huì)超過(guò)4%），與之相比金屬的反射率則要高得多，一般介于70-100%。所以辨別清楚你所要表達(dá)的材質(zhì)類型是非常重要的，這關(guān)乎找到正確的反射率值。
補(bǔ)充：如果金屬物體被畫(huà)上了或者涂上了其他不同的材質(zhì)，那么在確定反射率值的時(shí)候就要作為非金屬來(lái)考慮，除非是裸露的金屬材質(zhì)部分。
Metalness工作流 VS Specular工作流
在繼續(xù)深入之前，我們應(yīng)該要清楚Metalness工作流和Specular工作流的基本區(qū)別。大部分游戲引擎只支持兩種中的其中一種；但是，Toolbag 2同時(shí)支持兩種，這樣就能讓我們更直觀地比較兩者的優(yōu)劣。
這兩種工作流之間最大的不同之處在于怎樣在貼圖中呈現(xiàn)diffuse和reflectivity信息。在specular工作流下，這兩者由明確區(qū)分的兩種貼圖來(lái)呈現(xiàn)。
另一方面，metalness工作流采用albedo map來(lái)同時(shí)包含diffuse和reflectivity信息，而metalness map則用于區(qū)分材質(zhì)是金屬還是非金屬。這么做的原因是因?yàn)榻饘倬哂袑?dǎo)電性，這就意味著絕大多數(shù)光子（即電磁波）會(huì)在其表面發(fā)生反射，而其余的光子則會(huì)被吸收而不是發(fā)生漫反射，所以金屬?zèng)]有漫反射的概念。相反地，絕緣體則會(huì)反射一小部分光（大約4%），而大部分的光則發(fā)生漫反射或者在物體表面彈射從而形成均勻分布的顏色。
這就意味著，在metalness工作流的操作中，大部分或者甚至所有的diffuse map和specular map（如果紋理中只包含金屬或者非金屬，但沒(méi)有同時(shí)包含兩者的情況下）就是浪費(fèi)，但反過(guò)來(lái)說(shuō)metalness工作流則更加高效。然而，在一張貼圖中同時(shí)存儲(chǔ)diffuse和specular信息也存在一個(gè)缺點(diǎn)，那就是在貼圖中的材質(zhì)過(guò)渡邊緣會(huì)存在明顯的白邊塊效應(yīng)。
Glossmap和roughness map定義了相同的信息，但通常是相反的方向。在gloss map中，亮色表示光滑/光澤，而roughness map中亮色則表示粗糙/無(wú)光澤。在一些領(lǐng)域中，光澤度（glossiness）和反射率（reflectivity）意義相近，所以有人認(rèn)為用roughness更不容易造成誤解。當(dāng)然，重要的并不是怎么命名，而是這些數(shù)值所代表的意思，如果還有疑問(wèn)，可以去請(qǐng)教相關(guān)學(xué)者或工程師。
Specular workflow的優(yōu)點(diǎn)
1. diffusion和reflectance有各自明確的輸入，對(duì)于那些使用傳統(tǒng)渲染器進(jìn)行貼圖繪制工作的美術(shù)來(lái)說(shuō)更加適合。
2. 提供了一個(gè)完整的色彩輸入，能夠更好地控制非金屬的反射值。
Metalness workflow的優(yōu)點(diǎn)
1. albedo map定義了物體的固有色，完全不用去區(qū)分到底是什么材質(zhì)，這對(duì)于美術(shù)來(lái)說(shuō)在概念上更好理解。
2. 簡(jiǎn)單講材質(zhì)分為金屬和非金屬兩類，有可能對(duì)非現(xiàn)實(shí)材質(zhì)的表現(xiàn)造成困難。
3. 占用更少的存儲(chǔ)空間
Specular workflow的缺點(diǎn)
1. 容易對(duì)reflectance賦予錯(cuò)誤的值，從而造成錯(cuò)誤的結(jié)果。
2. 比metalness workflow占用更多的存儲(chǔ)空間。
Metalness workflow的缺點(diǎn)
1. 金屬過(guò)渡邊緣存在白邊塊效應(yīng)。
2. 對(duì)于非金屬的反射值缺乏控制和表現(xiàn)。
3. 如果不理解工作流，容易在metalness map中使用錯(cuò)誤的邏輯值，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
當(dāng)然也有些metalness workflow提供了secondary specular map來(lái)對(duì)非金屬的反射做更好的控制表現(xiàn)，但目前并不可能在Toolbag 2中出現(xiàn)。
有人覺(jué)得metalness workflow會(huì)更好理解；但個(gè)人觀點(diǎn)，覺(jué)得都一樣。每一種工作流都會(huì)因?yàn)槭褂昧隋e(cuò)誤的邏輯值導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，大家可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或者喜好去選擇，或者說(shuō)哪種容易上手就用哪種。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，沒(méi)有哪種工作流比另外一種更好，它們僅僅只是不同罷了。
紋理轉(zhuǎn)換：specular->metalness
現(xiàn)在已經(jīng)有了正確的校準(zhǔn)信息，并且已經(jīng)知道了兩種工作流之間的異同之處，所以實(shí)際上轉(zhuǎn)換貼圖是非常簡(jiǎn)單的。
首先，通過(guò)給所有的材質(zhì)分配光澤度值來(lái)創(chuàng)建一個(gè)metalness mask（黑色表示非金屬，白色表示金屬，分配哪種值取決于表面是哪種材質(zhì)）。如果你的貼圖是PSD格式，那么從一系列圖層中使用mask信息來(lái)構(gòu)造金屬貼圖（metalness information）會(huì)更容易完成。Metalness map中絕大部分是以灰度值表示的白色和黑色信息，灰度值用于表示“半金屬”、過(guò)渡、劃痕或者臟痕跡等。然而，一般這十分罕見(jiàn)。因?yàn)橥ǔ６?，?dāng)金屬物體表面覆蓋了任何一種類型的涂料，金屬物體則表現(xiàn)為絕緣體。
一旦你獲得了metalness map，在PS中新建一個(gè)文件，用diffuse map做為背景層。然后，在其上用specular map創(chuàng)建一個(gè)圖層，并且以metalness map作為specular層的蒙版層。這樣，你就在metalness workflow中獲得了合適的albedo map。
紋理轉(zhuǎn)換：metalness->specular
Metalnessworkflow到specular workflow的轉(zhuǎn)換也很簡(jiǎn)單。我們只需要將diffuse和specular信息從albedo map中分離出來(lái)，作為單獨(dú)的diffuse貼圖和specular貼圖即可。
DiffuseMap
1. 新建文件將albedo map載入到Photoshop中
2. 創(chuàng)建一個(gè)黑色的填充層
3. 將metalness map復(fù)制到填充層的圖層蒙版中
SpecularMap
1. 新建文件，將albedo map載入Photoshop中
2. 創(chuàng)建一個(gè)色值為#383838的填充層
3. 將metalness map復(fù)制到填充層的圖層蒙版中
4. 翻轉(zhuǎn)圖層蒙版
對(duì)比和說(shuō)明
現(xiàn)在，我們可以來(lái)比較以上兩種不同的轉(zhuǎn)換工作流的有效性。
有件重要的事情需要在這說(shuō)明一下，由于我們事先設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)合理的物理參數(shù)，所以整個(gè)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中工作正確。假如你的基本信息不是標(biāo)準(zhǔn)的，那么轉(zhuǎn)換后的效果將會(huì)有很大的不同。同樣地，如果你使用特定的材質(zhì)，比如非金屬的有色反射（通常十分罕見(jiàn)，在傳統(tǒng)渲染器下最具代表性的就是頭發(fā)或者閃光材質(zhì)），那么在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)丟失部分信息。
所以，理想的情況是為自己選擇的工作流制作相應(yīng)的貼圖，而不是僅僅依靠貼圖轉(zhuǎn)換來(lái)適應(yīng)多個(gè)工作流系統(tǒng)。
材質(zhì)邏輯（materiallogic）
那么我所說(shuō)的合理的或者標(biāo)準(zhǔn)的物理參數(shù)是什么意思？不幸的是，這很難回答，因?yàn)檫@些值變化范圍很大，取決于你想嘗試用來(lái)表現(xiàn)哪種類型的材質(zhì)。與其建立一個(gè)備忘單，還不如用我起的材質(zhì)邏輯（meterial logic）這個(gè)名字來(lái)進(jìn)行解釋。
說(shuō)明時(shí)附上圖表和數(shù)據(jù)總是有些幫助的。首先，你不可能找到所有你想重建的材質(zhì)數(shù)據(jù)，那么你就需要利用一些邏輯來(lái)決定什么樣的值才是合適的。其次，同一材質(zhì)類型的表面品質(zhì)也會(huì)有顯著的差異，這取決于一系列諸如年齡、耐久度、涂層等因素。
第一步需要做的事情就是分析出物體到底是由什么類型的材質(zhì)做成的。對(duì)于很多物品來(lái)說(shuō)，十分容易，通過(guò)照片就能夠簡(jiǎn)單的說(shuō)出它是金屬還是塑料還是橡膠制成的。然而，其他一些物品則更為復(fù)雜，有可能是由多種材質(zhì)共同組成得到的。那么，到網(wǎng)上搜索就可以了，找到參考圖像或者現(xiàn)實(shí)中相似的物品去研究，甚至跑去觀察物品是如何被制造出來(lái)的。
一旦你知道了它們是如何制成的，那么你就會(huì)得出一系列的結(jié)論。比如，金屬的反射度比絕緣體更高，通常橡膠比塑料更加粗糙，混凝土的albedo比瀝青更亮，等等。大部分的這些結(jié)論都能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的觀察得出。
現(xiàn)在，你可以更加明確地知道你想讓你的貼圖擁有什么樣的材質(zhì)。比如，繪畫(huà)常常由一系列不同的罩面漆構(gòu)成（無(wú)光澤到有光澤），塑料也是一樣。金屬則變化相對(duì)較少，主要取決于其表面的光滑程度。
總之，使用PBR系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，需要有與游戲美術(shù)一樣的美術(shù)技巧，有觀察并且復(fù)現(xiàn)你周圍生活之中的材質(zhì)的能力。了解PBR系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念是非常重要的；但是，最后你也需要相信你自己的美術(shù)直覺(jué)。
Physically BasedRendering, And You Can Too! —— Joe Wilson
目錄
PBR：誤解與謬論
PBR：做了哪些改變
傳統(tǒng)工作流概述
貼圖轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)貼圖->PBR貼圖
Metalness工作流 VS Specular工作流
紋理轉(zhuǎn)換：specular -> metalness
紋理轉(zhuǎn)換：metalness -> specular
對(duì)比和說(shuō)明
材質(zhì)邏輯（material logic）
PBR：誤解與謬論
在開(kāi)始之前，我想先澄清一些事情。目前為止，仍然有許多人對(duì)于究竟什么是PBR以及PBR中需要什么樣類型的貼圖存在疑惑。
首先，PBR系統(tǒng)并不要求一定是金屬貼圖（metalness map），使用了高光貼圖（specular map）也并不意味著就一定不是“PBR”。我定期在論壇上有看到關(guān)于這方面的評(píng)論，當(dāng)有人看到設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)高光色澤貼圖的時(shí)候，他們經(jīng)常會(huì)問(wèn)“為什么不用PBR？”，那么就讓我來(lái)剖析一下究竟什么是PBR。
PBR基本概念是一系列復(fù)雜的處理真實(shí)物理和光照的渲染器的組合，以及一系列使用標(biāo)準(zhǔn)化的表示真實(shí)材質(zhì)參數(shù)的貼圖。本質(zhì)上，PBR就是一個(gè)用于創(chuàng)建貼圖和渲染工作的整體系統(tǒng)，在不同的工具和引擎的作用下會(huì)產(chǎn)生不同的實(shí)現(xiàn)效果（一般指渲染器模型和貼圖的輸入類型）。
此外，直接將非PBR貼圖載入到PBR渲染器中進(jìn)行渲染，并不能確保得到正確的真實(shí)效果。這種想法跟上面提及的“為什么不用PBR”一樣被人們頻繁誤解。渲染器只是PBR中的一部分，要得到正確的真實(shí)效果，你還要考慮如何正確地校準(zhǔn)以及使用PBR下的貼圖。
最后一個(gè)問(wèn)題，PBR會(huì)發(fā)生漫反射還是反射？這兩者本質(zhì)上是一件事，物體的固有色常常能夠轉(zhuǎn)換使用。
PBR：做了哪些改變
想要充分理解如何創(chuàng)建PBR貼圖或者如何將之前模式下的貼圖轉(zhuǎn)換到PBR中，就必須要清楚PBR渲染器做了怎樣的改變。其中一個(gè)最大的不同之處就是現(xiàn)代渲染器下光照的計(jì)算方式非常高級(jí)。如今PBR使用了動(dòng)態(tài)光源和實(shí)時(shí)陰影技術(shù)，以及提供了基于圖像的光照技術(shù)（image-basedlighting）的精準(zhǔn)環(huán)境漫反射和鏡面反射。這也就意味著我們不用再去將光照、反射、陰影等直接繪制到貼圖上。跟以往相比，我們就能將注意力轉(zhuǎn)移到重現(xiàn)真實(shí)材質(zhì)的屬性上，而不用再去烘焙光照貼圖。
此外，線性空間渲染使得我們不用再在高光貼圖中使用漫反射的補(bǔ)色來(lái)獲得真實(shí)的白色高光，同時(shí)PBR微表面算法中的能量守恒（表面越粗糙，漫反射越強(qiáng)，整體明暗越亮）將不再需要我們手動(dòng)在高光貼圖中構(gòu)造粗糙（更黑）和光滑（更亮）的區(qū)域。這就意味著高光貼圖通常只用為每種材質(zhì)類型包含比數(shù)值多一點(diǎn)的信息（表示絕緣體的灰度等級(jí)，表示金屬的色彩信息），而大部分的變化則會(huì)交給微表面貼圖來(lái)定義。
傳統(tǒng)工作流概述
為了展示現(xiàn)代渲染器和傳統(tǒng)渲染器之間的不同，我在這使用之前創(chuàng)作出的狙擊槍作品來(lái)舉例。之所以用它來(lái)舉例，是因?yàn)樗軌蛘宫F(xiàn)出很多我之后不會(huì)在PBR系統(tǒng)中用到的典型方法，例如：
1. 漫反射貼圖太暗，只能在特殊的光照環(huán)境中才能獲得非常好的效果。
2. 環(huán)境光遮蔽（Ambient occlusion）和cavity細(xì)節(jié)直接繪制到了漫反射和高光貼圖上了。AO/cavity應(yīng)該通過(guò)單獨(dú)的輸入添加進(jìn)去，這樣能夠讓渲染器更加智能地使用它們。此外，大范圍的AO更不應(yīng)該直接添加到高光貼圖中，因?yàn)樽钃豕饩€并不等同于低反射表面（正如高光貼圖所定義的那樣）。
3. 漸變映射貼圖的信息也被繪制到了漫反射貼圖和高光貼圖中。漸變映射貼圖可以當(dāng)做用來(lái)手動(dòng)創(chuàng)建遮罩實(shí)現(xiàn)局部效果的工具（比如角色更低區(qū)域的臟的信息）；但這絕不是將它直接繪制到貼圖中的理由。
4. 這里使用的渲染器并不支持光澤貼圖。這就意味著高光貼圖必須同時(shí)嘗試顯示反射度和微表面細(xì)節(jié)，同時(shí)使用一個(gè)光澤度值來(lái)控制整體的材質(zhì)效果。
5. 這里使用的高光值是通過(guò)眼睛測(cè)量的，而不是真實(shí)材質(zhì)屬性。那么結(jié)果導(dǎo)致了金屬部分反射太強(qiáng)烈，同時(shí)還毫無(wú)理由地偏黃，而且塑料和橡膠部分的材質(zhì)沒(méi)有足夠的反光。
貼圖轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)貼圖->PBR貼圖
現(xiàn)在我們已經(jīng)了解了傳統(tǒng)渲染器和PBR渲染器之間的不同點(diǎn)，那么就可以在PBR工作流中進(jìn)行人為地更新貼圖信息。
首先，移除漫反射貼圖和高光貼圖中的光照信息和漸變映射信息。AO和cavity信息單獨(dú)作為兩張貼圖，并放置到渲染器相應(yīng)的位置上。然后，將漫反射貼圖適當(dāng)調(diào)亮一些。
由此，將高光信息（specular content）分解成一個(gè)光澤貼圖和一個(gè)高光貼圖。將原高光貼圖中所有的表面信息移植到新建的光澤貼圖中，然后更新這些值以使它們符合不同材質(zhì)的微表面結(jié)構(gòu)。如果光澤貼圖已存在，那么再次確認(rèn)這些值是否合理。例如，通常步槍底層的金屬原料要比涂層的噴砂面更加平整/光滑，而光滑油漆層中的劃痕則更顯粗糙。
隨著大部分紋理變化信息由高光貼圖轉(zhuǎn)移到光澤貼圖上，我們就能將精力集中到反射率的思考和設(shè)置上?，F(xiàn)在的關(guān)鍵點(diǎn)是區(qū)分物體哪些部分是金屬材質(zhì)，而哪些部分是非金屬材質(zhì)（當(dāng)然，即便你并不使用metalness工作流）。理由非常簡(jiǎn)單，非金屬的反射沒(méi)有顏色并且反射率大概在4%的線性區(qū)間（或者#383838 sRGB），區(qū)間范圍通常在2-16%（除了寶石以外很少有非金屬會(huì)超過(guò)4%），與之相比金屬的反射率則要高得多，一般介于70-100%。所以辨別清楚你所要表達(dá)的材質(zhì)類型是非常重要的，這關(guān)乎找到正確的反射率值。
補(bǔ)充：如果金屬物體被畫(huà)上了或者涂上了其他不同的材質(zhì)，那么在確定反射率值的時(shí)候就要作為非金屬來(lái)考慮，除非是裸露的金屬材質(zhì)部分。
Metalness工作流 VS Specular工作流
在繼續(xù)深入之前，我們應(yīng)該要清楚Metalness工作流和Specular工作流的基本區(qū)別。大部分游戲引擎只支持兩種中的其中一種；但是，Toolbag 2同時(shí)支持兩種，這樣就能讓我們更直觀地比較兩者的優(yōu)劣。
這兩種工作流之間最大的不同之處在于怎樣在貼圖中呈現(xiàn)diffuse和reflectivity信息。在specular工作流下，這兩者由明確區(qū)分的兩種貼圖來(lái)呈現(xiàn)。
另一方面，metalness工作流采用albedo map來(lái)同時(shí)包含diffuse和reflectivity信息，而metalness map則用于區(qū)分材質(zhì)是金屬還是非金屬。這么做的原因是因?yàn)榻饘倬哂袑?dǎo)電性，這就意味著絕大多數(shù)光子（即電磁波）會(huì)在其表面發(fā)生反射，而其余的光子則會(huì)被吸收而不是發(fā)生漫反射，所以金屬?zèng)]有漫反射的概念。相反地，絕緣體則會(huì)反射一小部分光（大約4%），而大部分的光則發(fā)生漫反射或者在物體表面彈射從而形成均勻分布的顏色。
這就意味著，在metalness工作流的操作中，大部分或者甚至所有的diffuse map和specular map（如果紋理中只包含金屬或者非金屬，但沒(méi)有同時(shí)包含兩者的情況下）就是浪費(fèi)，但反過(guò)來(lái)說(shuō)metalness工作流則更加高效。然而，在一張貼圖中同時(shí)存儲(chǔ)diffuse和specular信息也存在一個(gè)缺點(diǎn)，那就是在貼圖中的材質(zhì)過(guò)渡邊緣會(huì)存在明顯的白邊塊效應(yīng)。
Glossmap和roughness map定義了相同的信息，但通常是相反的方向。在gloss map中，亮色表示光滑/光澤，而roughness map中亮色則表示粗糙/無(wú)光澤。在一些領(lǐng)域中，光澤度（glossiness）和反射率（reflectivity）意義相近，所以有人認(rèn)為用roughness更不容易造成誤解。當(dāng)然，重要的并不是怎么命名，而是這些數(shù)值所代表的意思，如果還有疑問(wèn)，可以去請(qǐng)教相關(guān)學(xué)者或工程師。
Specular workflow的優(yōu)點(diǎn)
1. diffusion和reflectance有各自明確的輸入，對(duì)于那些使用傳統(tǒng)渲染器進(jìn)行貼圖繪制工作的美術(shù)來(lái)說(shuō)更加適合。
2. 提供了一個(gè)完整的色彩輸入，能夠更好地控制非金屬的反射值。
Metalness workflow的優(yōu)點(diǎn)
1. albedo map定義了物體的固有色，完全不用去區(qū)分到底是什么材質(zhì)，這對(duì)于美術(shù)來(lái)說(shuō)在概念上更好理解。
2. 簡(jiǎn)單講材質(zhì)分為金屬和非金屬兩類，有可能對(duì)非現(xiàn)實(shí)材質(zhì)的表現(xiàn)造成困難。
3. 占用更少的存儲(chǔ)空間
Specular workflow的缺點(diǎn)
1. 容易對(duì)reflectance賦予錯(cuò)誤的值，從而造成錯(cuò)誤的結(jié)果。
2. 比metalness workflow占用更多的存儲(chǔ)空間。
Metalness workflow的缺點(diǎn)
1. 金屬過(guò)渡邊緣存在白邊塊效應(yīng)。
2. 對(duì)于非金屬的反射值缺乏控制和表現(xiàn)。
3. 如果不理解工作流，容易在metalness map中使用錯(cuò)誤的邏輯值，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。
當(dāng)然也有些metalness workflow提供了secondary specular map來(lái)對(duì)非金屬的反射做更好的控制表現(xiàn)，但目前并不可能在Toolbag 2中出現(xiàn)。
有人覺(jué)得metalness workflow會(huì)更好理解；但個(gè)人觀點(diǎn)，覺(jué)得都一樣。每一種工作流都會(huì)因?yàn)槭褂昧隋e(cuò)誤的邏輯值導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，大家可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或者喜好去選擇，或者說(shuō)哪種容易上手就用哪種。本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，沒(méi)有哪種工作流比另外一種更好，它們僅僅只是不同罷了。
紋理轉(zhuǎn)換：specular->metalness
現(xiàn)在已經(jīng)有了正確的校準(zhǔn)信息，并且已經(jīng)知道了兩種工作流之間的異同之處，所以實(shí)際上轉(zhuǎn)換貼圖是非常簡(jiǎn)單的。
首先，通過(guò)給所有的材質(zhì)分配光澤度值來(lái)創(chuàng)建一個(gè)metalness mask（黑色表示非金屬，白色表示金屬，分配哪種值取決于表面是哪種材質(zhì)）。如果你的貼圖是PSD格式，那么從一系列圖層中使用mask信息來(lái)構(gòu)造金屬貼圖（metalness information）會(huì)更容易完成。Metalness map中絕大部分是以灰度值表示的白色和黑色信息，灰度值用于表示“半金屬”、過(guò)渡、劃痕或者臟痕跡等。然而，一般這十分罕見(jiàn)。因?yàn)橥ǔ６?，?dāng)金屬物體表面覆蓋了任何一種類型的涂料，金屬物體則表現(xiàn)為絕緣體。
一旦你獲得了metalness map，在PS中新建一個(gè)文件，用diffuse map做為背景層。然后，在其上用specular map創(chuàng)建一個(gè)圖層，并且以metalness map作為specular層的蒙版層。這樣，你就在metalness workflow中獲得了合適的albedo map。
紋理轉(zhuǎn)換：metalness->specular
Metalnessworkflow到specular workflow的轉(zhuǎn)換也很簡(jiǎn)單。我們只需要將diffuse和specular信息從albedo map中分離出來(lái)，作為單獨(dú)的diffuse貼圖和specular貼圖即可。
DiffuseMap
1. 新建文件將albedo map載入到Photoshop中
2. 創(chuàng)建一個(gè)黑色的填充層
3. 將metalness map復(fù)制到填充層的圖層蒙版中
SpecularMap
1. 新建文件，將albedo map載入Photoshop中
2. 創(chuàng)建一個(gè)色值為#383838的填充層
3. 將metalness map復(fù)制到填充層的圖層蒙版中
4. 翻轉(zhuǎn)圖層蒙版
對(duì)比和說(shuō)明
現(xiàn)在，我們可以來(lái)比較以上兩種不同的轉(zhuǎn)換工作流的有效性。
有件重要的事情需要在這說(shuō)明一下，由于我們事先設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)合理的物理參數(shù)，所以整個(gè)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中工作正確。假如你的基本信息不是標(biāo)準(zhǔn)的，那么轉(zhuǎn)換后的效果將會(huì)有很大的不同。同樣地，如果你使用特定的材質(zhì)，比如非金屬的有色反射（通常十分罕見(jiàn)，在傳統(tǒng)渲染器下最具代表性的就是頭發(fā)或者閃光材質(zhì)），那么在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)丟失部分信息。
所以，理想的情況是為自己選擇的工作流制作相應(yīng)的貼圖，而不是僅僅依靠貼圖轉(zhuǎn)換來(lái)適應(yīng)多個(gè)工作流系統(tǒng)。
材質(zhì)邏輯（materiallogic）
那么我所說(shuō)的合理的或者標(biāo)準(zhǔn)的物理參數(shù)是什么意思？不幸的是，這很難回答，因?yàn)檫@些值變化范圍很大，取決于你想嘗試用來(lái)表現(xiàn)哪種類型的材質(zhì)。與其建立一個(gè)備忘單，還不如用我起的材質(zhì)邏輯（meterial logic）這個(gè)名字來(lái)進(jìn)行解釋。
說(shuō)明時(shí)附上圖表和數(shù)據(jù)總是有些幫助的。首先，你不可能找到所有你想重建的材質(zhì)數(shù)據(jù)，那么你就需要利用一些邏輯來(lái)決定什么樣的值才是合適的。其次，同一材質(zhì)類型的表面品質(zhì)也會(huì)有顯著的差異，這取決于一系列諸如年齡、耐久度、涂層等因素。
第一步需要做的事情就是分析出物體到底是由什么類型的材質(zhì)做成的。對(duì)于很多物品來(lái)說(shuō)，十分容易，通過(guò)照片就能夠簡(jiǎn)單的說(shuō)出它是金屬還是塑料還是橡膠制成的。然而，其他一些物品則更為復(fù)雜，有可能是由多種材質(zhì)共同組成得到的。那么，到網(wǎng)上搜索就可以了，找到參考圖像或者現(xiàn)實(shí)中相似的物品去研究，甚至跑去觀察物品是如何被制造出來(lái)的。
一旦你知道了它們是如何制成的，那么你就會(huì)得出一系列的結(jié)論。比如，金屬的反射度比絕緣體更高，通常橡膠比塑料更加粗糙，混凝土的albedo比瀝青更亮，等等。大部分的這些結(jié)論都能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的觀察得出。
現(xiàn)在，你可以更加明確地知道你想讓你的貼圖擁有什么樣的材質(zhì)。比如，繪畫(huà)常常由一系列不同的罩面漆構(gòu)成（無(wú)光澤到有光澤），塑料也是一樣。金屬則變化相對(duì)較少，主要取決于其表面的光滑程度。
總之，使用PBR系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，需要有與游戲美術(shù)一樣的美術(shù)技巧，有觀察并且復(fù)現(xiàn)你周圍生活之中的材質(zhì)的能力。了解PBR系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念是非常重要的；但是，最后你也需要相信你自己的美術(shù)直覺(jué)。
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Basic Theory ofPhysically-Based Rendering – By Jeff Russell
Physically BasedRendering, And You Can Too! – By Joe Wilson
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