Metalness vs Specular Workflows for PBR Shading

随着计算机硬件以及渲染上的进步，我们可以更好的从物理上去模拟灯光属性，从而诞生了新的工作流程 PBR 工作流。PBR是一种着色和渲染技术，基于物理的渲染过程，用于更精确的描述光如何与物体表面互动。

PBR的优势：

1. 方法论和算法基于精确的计算公式，免除创作表面的猜想过程。
2. 在任何光照环境都能表现出正确的结果。
3. 为不同的艺术家，提供统一的工作流程。

PBR 工作流分类

PBR有两种工作流：

1. Metal Roughness Worfkow（金属性/粗超度工作流程）
2. Specular Glossiness Worfkow（高光/光泽度工作流程）

THREE.js 使用的是第一种工作流，名字子叫做 Metallic-Roughness，对应材质为 MeshStandardMaterial

通用纹理：

Name	对应 THREE.js	说明
Ambient Occlusion	aoMap	表示有多少环境光，可以被表面上的一个点吸收。
Normal	normalMap	用于视差映射，通过增加可见的深度感来提高渲染的真实性。
Height	displacementMap	不论 PBR 还是非 PBR，NormalMap 都是用来模拟表面细节，同时还会影响 Roughness 和 Glossiness 映射。

Metal Roughness Worfkow

不易出错，省内存，但是白边现象更明显。

Base Color：(RGB-sRGB)

包含信息：绝缘体，反射颜色。金属，反射率。最亮色不应超越 240RGB，最暗色应在 30-50 RBG 之间。

不包含其他光照信息，比如 amblient occlusion。金属反射率应该在 70%-100% 之间。也就是 180-255 RGB，油漆和氧化的部分应该按照绝缘体处理。

对应 THREE.js 的 MeshStandardMaterial.color、MeshStandardMaterial.map

Matallic Map：(Grayscale-Linear)

描述哪些区域是金属，那些是绝缘体。值为 1 表示纯金属，为 0 表示绝缘体。

如果matalic map的灰度值低于235，那么对应的basecolor的反射率也应该降低一些。

对应 THREE.js 的 MeshStandardMaterial.metalness、MeshStandardMaterial.metalnessMap

Roughness Map：（Grayscale-Linear）

描述表面引起光纤漫反射的不规则程度，这将改变光纤的方向，但是不会改变光线的强度。光滑表面会有小而亮的高光，而粗糙表面将会出现大而暗淡的高光。在这个灰度图里面，值为 0 代表光滑表面，而 1 代表粗糙表面。

Roughness Map是一个“有故事”的贴图，它会告诉你这个表面经历过那些严酷（或者平和）的环境。

对应 THREE.js 的 MeshStandardMaterial.roughness、MeshStandardMaterial.roughnessMap

Specular Glossiness Worfkow

镜面反射工作流容易出错，因为 Specular 包含了全部的绝缘体 F0 信息，1.0 的 Diffuse 和 1.0 的 Specular 将会使得反射折射能量大于输入能量，这违背了能量守恒定律。也就是说在绘制贴图时，你无法预览结果。

Specular 材质在 THREE.js 中未实现，可以利用自定义 ShaderMaterial 来实现，具体实现参考 这里

Diffuse：（RGB-sRGB）

包含 Albedo Color，但是不包含任何反射率信息。纯金属为黑色，因为纯金属没有颜色，油漆和锈迹是需要带有颜色的。基础颜色应不包含光照信息，除了 micro-occlusion。黑色不应低于 30-50sRGB，亮色不应高于240sRGB。

Specular：（RGB-sRGB）

灰度值，表示非金属 F0 RGB 值，表示金属吸收的不同波长的光线。这种贴图允许使用不同的F0值来表现非金属。

Glossiness：

与 Roughness 相反，值为 0 代表粗糙表面，而 1 代表光滑表面。

Metal/Roughness 与 Specular/Glossiness 是可以相互转换的，这里推荐个 小工具 可以在线转换两种工作流。

至此结束，感谢阅读。