opengl - 如何在 PBR 中实现金属工作流程？

Question

Cook-Torrance BRDF 和 Lambert BRDF 上有很多 Material 。 Real Shading in Unreal Engine 4和 Moving Frostbite to BPR深入解释如何实现它们以进行实时渲染。

他们省略的是两个 BRDF 的组合来创建完整的着色模型。如果我理解正确，我们至少可以使用两个基本原则来做到这一点:镜面反射和金属度工作流程。 Here是他们的比较。

我决定实现金属度工作流程。所以我有以下参数作为计算的基础:

反照率 (RGB)

粗糙度(浮点)

金属性( float )

对于镜面反射部分，我需要确定我的镜面反射颜色。

Mamoset指出

When using a metalness map, insulative surfaces - pixels set to 0.0 (black) in the metalness map – are assigned a fixed reflectance value (linear: 0.04 sRGB: 0.22) and use the albedo map for the diffuse value. For metallic surfaces – pixels set to 1.0 (white) in the metalness map – the specular color and intensity is taken from the albedo map, and the diffuse value is set to 0 (black) in the shader.

因此，应通过以下方式计算镜面反射颜色:

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延伸，我将引用 Brian Karis的实现在这里，这是以下内容:

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

对于漫反射部分，我需要确定反照率。

它的工作原理在上面的同一引文中有所描述:

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 的漫射照明:

vec3 L_diffuse = f_lambert(albedo) * E;

为了得到最终的辐射，漫反射和镜面反射部分被结合起来:

vec3 L = kd * L_diffuse + ks * L_specular;

我的问题是如何计算 kd和 ks ?

Codinglabs建议对半球上的菲涅耳函数进行积分以计算 ks .

kd之后计算如下:

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

例如，将非金属与虚幻引擎进行比较时，我得到的结果并不是我所期望的。法向入射时的反射比预期的要低得多，这应该是由于在非金属情况下设置的 F0 低。但我检查了进一步的来源，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

正如您已经确定的那样，反照率对应于 Material 的漫反射颜色。
当谈到镜面反射时，它有两种方式:电介质或导体(通常是金属的)。
对于电介质，这很简单，镜面反射颜色始终为纯白色(无着色)，并由菲涅耳和基础反射率(也称为 F0 )定义:此标量仅表示光的百分比直视表面时会反射。
' 0.04 ' 值对应于 4% 基础反射率，您可以通过代入 的 IOR 计算出1.5 对于菲涅耳反射率公式中的 n1 和空气的 IOR(近似于 1.0 )对于 n2 (taken off Wikipedia) :

给定 Material 的 IOR 在互联网上很容易找到，大多数介电常数位于 左右。 1.5 反正。

在导体的情况下，公式并不那么简单，因此您会发现实现的通常方法(由 Codinglabs、UE4 和其他引擎)是明确指定金属色的色调/反射/镜面颜色，因为它更具艺术性-友好的。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。
金属度项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和正确/计算出的 之间进行插值。 F0 这适用于电介质。

我不相信你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能量和镜面反射能量之和为 1.0 .因此， kd 应该是:

kd = (1 - ks)

可以这样想:任何未被 Material 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了:

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

对于漫反射颜色也:

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。