遊戲蟲洞: PBR Physically-Based Rendering

Physically-Based Rendering翻作基於物理的算圖，縮寫為PBR。
因為要瞭解電腦是如何算圖，下面記錄基礎知識。

光-基本原理
光控制了人類可以看見什麼，光是複雜的物理現象，有波動、粒子兩種特性。所以有各種模型來表現光。對於做材質的人來說理解這些行為是很重要的，越了解光在虛擬世界運作，越是能讓畫面好看。

當物理表面十分平滑時，入射的光線會由相對的角度完全反射出去。入射角會等於反射角。

Absorption and Scattering 入射光線會被表面吸收或發散，
透明與半透明(Transparency and Translucency):上面這兩項特性可以表現透明與半透明的材質。下圖右全透明的材質即完全不被吸收而穿透過去，圖左則有部份被吸收及發散，有部份光線透過來但看起來是模糊的。

Diffuse and Specular Reflection: diffuse即是光射到物體表面後均勻反射，而specular則是在直接反射至相對的方向。下圖即是兩種狀況。

Microfacet(表面的粗糙程度):
理論上diffuse及specular是取決於表面的細微起伏。通常不會直接將細微起伏放在模型上，而是會由另一張roughness map來表達起伏呈度。

Color 顏色

顏色取決於光源的波長，接觸到表面之後，一部份會被吸收，一部份會反射。反射到我們眼中的光，即是我們所看見的顏色。像是上圖各種波長的光照到了蘋果上，橙黃綠藍靛紫光都被蘋果的表面吸收了，只有紅光反射到我們眼中，所以我們看到蘋果是紅的。

BRDF 雙向反射分佈函數(Bidirectional Reflectance Distribution Function)
一組用來描述表面反射性質的函數。

例如上面左右張圖採用不同的函數，在光線反射的表現就不相同。左圖的光線直接反射的亮點有較大的範圍的光暈。

Energy Conservation能量轉換
若符合物理原理之下的能量轉換，那由表面反射出的光總合不會大於入射的總合，因為符合物理定律，美術人員可以不用去擔心能量轉換，專注在其它項目。

菲涅耳現象(Fresnel Effect)
人眼接受到物體反射的光線取決於其觀看的角度。