如何在PBR中实施金属工作流程？

Question

Cook-Torrance BRDF以及Lambert BRDF上有很多材料。 Real Shading in Unreal Engine 4和Moving Frostbite to BPR深入解释了如何将它们实现为实时渲染。

他们省略的是两个BRDF的组合，以创建完整的着色模型。如果我理解正确，我们可以使用至少两个基本原则来做到这一点：镜面和金属工作流程。 Here是对它们的比较。

我决定实施金属工作流程。所以我有以下参数来计算：

• Albedo（RGB）
• 粗糙度（漂浮物）
• 金属度（浮动）

对于镜面反射部分，我需要确定镜面反射颜色。

Mamoset表示

  

使用金属度贴图时，绝缘曲面 - 像素设置为0.0   金属度图中的（黑色） - 被赋予固定的反射率值   （线性：0.04 sRGB：0.22）并使用反射率映射进行漫反射   值。对于金属表面 - 像素设置为1.0（白色）   金属度图 - 镜面颜色和强度取自   反照率地图，着色器中的漫反射值设置为0（黑色）。

因此，镜面反射颜色应按以下方式计算：

vec3 specularColor = mix(vec3(0.04), material.albedo, material.metalness);

随后，这可用于计算反射辐射。为了限制我的问题的范围，我将在这里参考Brian Karis的实现，其中包括：

vec3 L_specular = specularIBL(specularColor, material.roughness, normal, view);

对于漫反射部分，我需要确定反照率。

上述相同的引用描述了它的工作原理：

vec3 albedo = mix(material.albedo, vec3(0), material.metalness);

现在，Lambert BRDF可用于计算来自某些入射辐照度E的漫反射光照：

vec3 L_diffuse = f_lambert(albedo) * E;

为了获得最终的光亮度，漫反射和镜面反射部分组合在一起：

vec3 L = kd * L_diffuse + ks * L_specular;

我的问题是如何计算kd和ks？

1. Codinglabs建议将菲涅尔函数整合到半球上以计算ks。
之后

kd计算：

vec3 kd = (1 - ks) * (1 - material.metalness);

我在非金属上得到的结果并不是我所期望的，例如将它与虚幻引擎进行比较。在正常入射时预期的反射要低得多，这应该归因于在非金属情况下设定的低F0。但我检查了更多的来源，0.04似乎是常用的值。

有人可以确认Codinglabs的建议计算吗？或者甚至提供Epic使用的代码？

Answer 1

正如您已经确定的，反照率对应于材质的漫反射颜色。

说到镜面反射，它有两种方式：电介质或导体（通常为金属）。

对于电介质，这很简单，镜面反射颜色始终为纯白色（无着色），并由菲涅尔和基础反射率（也称为 F0< /strong>) ：此标量仅表示直视表面时反射的光的百分比。

“0.04”值对应于 4% 基础反射率，您可以通过将 1.5 的 IOR 替换为 < em>n1 在菲涅耳反射率公式和空气的 IOR（近似于 1.0）对于 n2 (taken off Wikipedia)：

在互联网上很容易找到给定材料的 IOR，而且大多数介电常数都在 1.5 左右。

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在导体的情况下，公式不是那么简单，所以你会发现实现的通常方法（由 Codinglabs、UE4 和其他引擎）是明确指定金属的色调/反射/镜面颜色，因为它对艺术家更友好。例如，纯红色意味着 100% 的红光被反射，而 100% 的蓝光和绿光被吸收。

金属性术语只是一个粗略的近似值，用于在明确的艺术家指定的反射颜色与正确/计算出的 F0 之间进行插值，后者适用于电介质。 >

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我不相信您发布的链接上的公式是完全正确的。能量守恒定律意味着漫反射和镜面反射能量之和为1.0。因此，kd 应该是：

kd = (1 - ks)

这样想：任何未被材料吸收的光都应该被反射。

此外，(1 - material.metalness) 在计算镜面反射颜色时已经考虑在内：

vec3 specularColor = mix(vec3(0.04), material.albedo, material.metalness);

还有漫反射颜色：

vec3 albedo = mix(material.albedo, vec3(0), material.metalness);

纯导体基本上只有镜面反射，没有扩散。