《着色器和屏幕特效》读书笔记第四章-PBR

本书版本为“占红来 译”版，笔记会持续更新，有错误的地方欢迎指正，谢谢!

引言

PBR(Physically-Based Rendering)：基于物理基础的渲染。

Unity是如何做到PBR的：

1. 标准光照模型(Standard)，用户可指定材质的物理属性；
2. 全局光照(GI),模拟物理世界中光线传播的技术。

但是PBR和GI并不会自动让你的游戏美轮美奂，获得好的拟实感是一个颇具挑战性的工作。

理解金属光泽属性

Unity5提供了两种类型的PBR着色器：Standard和Standard(Specular setup)。
两者的区别：前者有一个金属光泽属性，后者则换成了一个高光属性。金属光泽和高光属性虽是两种不同的类型，但表现力是差不多的。

常识：导体会反射大部分光子（70%以上），其余的没有反射的光子被材料吸收掉而不是散射（偏离原方向的光称为散射光）掉，所以散射成分会非常暗；而绝缘体相反，反射率非常低（4%左右），其余的没有反射的光子被散射，所以散射成分会非常亮。

给PBR添加透明度

可用于制作透明/半透明材料：褪色物体、树叶、眼镜、玻璃瓶、水晶等。
标准着色器提供了三种实现透明度的方式：

1. 半透明材料（即使最右边那个球体Alpha为0，即完全透明，你也可以看到PBR作用后的高光等特效。）
   a) 在材质的Inspector中，将渲染模式(Rendering Mode)设置为透明(Transparent)；
   b) 再由Albedo映射中的Alpha控制透明度。
   

2. 褪色物体（PBR效果随着球体的透明度降低而减弱，最右边那个完全透明的物体也就不可见了。）
   a) 在材质的Inspector中，将渲染模式(Rendering Mode)设置为褪色(Fade)；
   b) 再由Albedo映射中的Alpha控制透明度。
   

3. 带孔的几何体
   a) 在材质的Inspector中，将渲染模式(Rendering Mode)设置为剪切(Cutout)；
   b) 再使用Alpha Cutoff滑块来调节剪切阈值。在Albedo映射中，所有Alpha通过值小于或等于该阈值的像素点都会被隐藏。
   用途：制作树叶
   有一个很高效的方法：将树叶纹理设置为一个长方形，控制好各部分的Alpha值，这样就可以做到树叶本身不透光，但树叶的其他部分是完全透明的。
   另外，可以用剪切渲染模式来制作中间有孔的几何体：
   

创建镜面和反射型表面

之前章节涉及的光照模型只会考虑真正的光源，而不会计算从其他表面反射来的光，全局照明通过给PBR着色器提供其周围环境信息可以做到这一点。但是，实时反射的代价是相当昂贵的，还需要很多人工的微调，才能得到下图这个效果：

要实现这种效果，需要一个反射探头(Reflection Probe)，并将其放置在“镜子”面前。

操作步骤：

1. 将“镜子”材质着色器修改为Standard,并把渲染模式修改为Opaque；
2. 将其Metallic和Smoothness属性设置为1；
3. 选择反射探头（GameObject|Light|Reflection Probe），然后修改其尺寸(Size)和探头原点(Probe Origin)，确保其在“镜子”前面并包裹了所有你想反射的物体；
4. 将探头类型改为实时(Realtime)。再确保其剪切遮罩(Culling Mask)设置为Everything。
5. 最后，如果你的探头是用来做一个真实的镜子，应该选中Box Projection选项。如果用于制作金属表面或玻璃桌等则不需要。

自己做的（垃圾）效果：

亲身经历，真的很耗性能!

工作原理：
当着色器需要周围信息时，周围信息通常使用立方体贴图。当探头被设置为实时之后，会在每一帧的开始时渲染其对应的立方体贴图。

这里有一个小技巧：把游戏中始终不会动的几何体提前烘焙好其反射效果（详情请见下一节）。此时，反射探头应该设置为Baked，并且这种方式只对那些标注了静态(Static)的物体有效。
可以混合使用Realtime和Baked探头来提升游戏的真实感，Baked探头可以提供非常高质量的反射效果，Realtime探头非常适合反射运动型的物体。

在场景中添加烘焙光

上述描述的就是光线烘培，光线烘焙指的是：计算一个物体上的全局照明，并将其结果保存为 光线映射图(lightmap) 的过程。

需要三个步骤：

1. 配置静态物体；
2. 配置光线探头；
   GameObject|Light|Light Probe Group
   它由8个相互连通的球体组成，需要把静态区域围起来：
   

手动烘焙：Lighting->最下方点击Build
自动烘焙：Lighting->最下方勾选auto（建议不要勾选！）

光线烘焙让每一个静态物体都重新添加了新的纹理，盲目使用的话，会增加游戏的包体大小。另外，实时烘焙光线是不可能事件~