在知乎及各大論壇裡已經有許多關於PBR的實現原理，公式以及方法的討論。但是似乎沒有一個完整的逐行的代碼作用的講解。最近在學習Unity的PBR shader，有一點自己的結論，特來這裡分享一下。
我自己是一個美術工作者，不是程式設計師，所以更多的是講實現效果。以及一些必須知道的原則。站在美術的角度的一些新的思考。數學原理上只提出，但不會深入分析。
但這篇文章也不是純美術向的，我不會涉及美術的製作部分：比如高低模，烘焙，貼圖繪製這類的。著重於的是TA的應用方面：Shader。
這個系列的第一篇不會進入shader，先做一個簡單的PBR內容的普及，目標受眾是美術或者想簡單了解PBR的人。
1.0 PBR的概念
關於PBR，我之前發過一篇八猴的翻譯文章，其實已經說的比較詳盡，完全不了解的可以先看看。
那麼我再具體的總結一下：
所謂PBR，就是基於真實世界光和材質的互相作用的機制，進行渲染的方式。那麼光是如何和真實材質相互作用的呢。我粗暴的畫個圖：
如上圖，一束光照射在材質表面後，會變成三個分身：反射光（specular），散射光（diffuse），和一部分被吸收的光線。
由於宇宙的能量守恆，所以：
入射光 = 反射光+散射光+（吸收部分）
incident = specular + diffuse + （absorption）
這裡有幾個值得注意的點：
我們能看到的只有反射光和散射光。吸收光被材質「吃掉」了，看不見的。
反射光視覺上就是高光的部分和鏡子一樣反射（鏡面反射）的部分。
散射光就是物體本身的顏色部分，紅蘋果啊綠帽子啊這類的。
（重要）金屬是沒有散射的部分的！金屬直接只有反射和吸收兩個部分。那麼金屬的顏色，其實是反射顏色。金屬的反射是有顏色傾向的，這也是金屬的特點。
有些金屬其實不是金屬，比如鏽跡是氧化物，其實不是金屬。金屬上的灰塵也不是金屬。
記住這些觀點後，接下來我講一下怎麼用美術的眼光看PBR。
2.1 PBR之前的次世代首先，一開始有次世代這回事時，我們的次世代貼圖長這樣
這裡一般有三張貼圖：顏色貼圖，反射貼圖，法線貼圖。
對於一個美術來說三張很容易理解：
diffuse map: 顏色
specular map: 哪兒反光哪兒不反光
normal map: 表面凹凸信息。
我認為這種類型的次時代有幾個特點：
引入高模製作流程 ，需要烘焙法線。然後在引擎裡利用法線實現高模的視覺效果。
顏色貼圖中需要繪製適當的光影及AO效果。製作流程是使用PS，先製作顏色貼圖，再由顏色貼圖逐圖層轉高光貼圖。
相比於之後的PBR次時代。不能很好的體現金屬的質感。金屬將有強烈的塑料感。
以上的總結不一定會十分完整。但總之這個階段的次世代和PBR次世代的差異是巨大的。
後文我們稱這種製作方式為傳統次時代。
2.2 PBR次世代製作，金屬度粗糙度流程和高光度光滑度流程（metalness-roughness workflow和specular-smoothness workflow）
約麼2014-15年的時候，國內開始慢慢有公司開始做PBR次世代，這個時候我們的貼圖變成了4張：
四張圖是：
顏色貼圖（Albedo）
金屬度（Metallic||Metalness）
粗糙度 （Roughness）
法線貼圖
在有的引擎裡，粗糙度會被光滑度（smoothness）代替，其實兩者意義是類似的，數學上是相反的（1-x）關係。
一開始有人會覺得：那相比於傳統次世代，不就等同於多了一張金屬度貼圖而已唄。。且慢，差別大了：
傳統貼圖的顏色貼圖會繪製光線，而Albedo貼圖幾乎不繪製光線。
傳統貼圖中，沒有粗糙/光滑的細節控制，而在PBR裡粗糙/光滑度是一個十分影響效果的通道。
傳統次世代可以在DCC軟體中直接查看效果。而PBR時代十分依賴引擎查看器的效果。
傳統次世代的主要繪製工具是PS，概念是顏色貼圖-->高光貼圖-->效果。
PBR貼圖的主要繪製工具是SubstancePainter，概念是材質的疊加。
部分遊戲從業者，尤其是程式設計師同學，會不清楚除了metallic-roughness（smoothness）流程之外，還有一個specular-glossiness（smoothness）流程，也就是反射度-光澤度。如下圖。
反射度-光澤度流程也包含了四張貼圖：
反射度光澤度流程需要注意以下幾個點：
有心的同學會發現，上面兩者好像和美術沒什麼關係呀。。。而且看貼圖，Diffuse黑咕隆咚的，然後specular畫起來也有很多限制。那為什麼還會存在這種流程呢。
這裡祭出我們在文章的第一個部分列出的公式
入射光 = 反射光+散射光+（不見了的吸收部分）注意，這裡既沒有說Albedo，也沒有說metallic。它說的是specular和diffuse呀！所以其實反射度-光澤度流程是對於光照公式的更加直接的描繪。
其實在shader的內部實現中，首先會對albedo和metallic進行轉換，轉換成diffuse和specColor（有的時候寫作F0）。其實就是這個原因。在有些論壇的討論文章中，會對這幾個參數的轉換講的比較含糊，那麼有貼圖的概念就比較容易理解了。
關於兩種流程的貼圖形式對比，我拼在一起放出來，可以看到最後的渲染結果是一致的。
那麼為什麼現在主流的引擎，像Unity和Unreal會同一的採用金屬度流程呢，這裡我覺得有幾個原因：
那麼反射度流程的存在還有什麼意義呢？其實金屬度流程固然好，但是以犧牲畫面效果為代價的:整個非金屬的specular變化全部用固定值衡量，從metallic+albedo轉換到specular+diffuse的過程中，也不可避免的會產生損耗，所以在高質量的渲染中。比如八猴渲染器和離線渲染中，默認會採用反射度流程。
關於流程的問題，其實八猴也做過一個文章，關於幾個流程的轉換，可以一看
再貼兩張Unity官方的不同流程的色度效果，可以有一個直觀的感受：
這次系列文章的目的是為了講解Unity StandardShader的應用。為什麼一開始會花一段篇幅講流程問題。主要是因為網上關於美術類的PBR實在是太少，那麼當美術的同學看到此篇文章時，可以有一些收穫。而程式設計師的同學們看了，也會有一些新的認知。
在寫作這篇文章時，我只是一個剛接觸shader內容的模型師，文內可能有所疏漏，希望能有大佬斧正。
我參考了如下資料，獻出我的膝蓋以示感謝：
peace：）
最後
如果想觀看更多關於雨軒的分享，可以看看他的專欄：
https://zhuanlan.zhihu.com/c_1237815823202291712