PBR流程（metallic/roughness）

『PBR材质』正确打开方式

Physically Based Rendering是一种可以准确计算光线与物体表面交互关系的渲染算法，这是写在渲染器内核里的东西。

这其中包含两种材质工作流，它们分别是：Specular-Glossiness 和 Metallic-Roughness。这两种工作流都属于PBR体系，不分对错，只是选择。

在V-RayforSketchUp中对两种工作流进行了节点的区分，分别是 V-RayBRDF 与 Metallic 这两个材质类型。

在V-Rayfor3dsMax中，两种工作流是整合到一起的，那么就借着这个机会，讲讲在3dsMax里，两种工作流中各种通道贴图的用法好了。

2# V-RayBRDF

Diffuse漫反射：物体表面固有的颜色。

Reflection反射：物体反射贡献及颜色。

Glossiness光泽度：物体表面粗糙程度。

Bump凹凸：不产生模型形变的凹凸效果。

Normal法线：不产生模型形变的凹凸效果，细节比凹凸贴图更丰富。

Displacement置换：产生模型形变的凹凸效果。

AO环境光遮蔽：描述材质内部的阴影及深度关系。

关于这些贴图的使用有几点需要注意的：

1）必须使用线性工作流，（什么意思，以后再填坑！！！）这是整篇文章的大前提。

2）除了Diffuse、Reflection等颜色贴图，其余贴图一律使用 gamma1.0 加载。

3）Normal法线贴图需要先连接一个 VRayNormalMap节点，再连到材质的 Bumpmap凹凸贴图节点中。

4）Displacement置换贴图需要注意的地方比较多。首先需要为这个模型添加一个叫 VRayDisplacementMod 的修改器，有了它才能调整相关的置换参数。接着在其下方的参数中，将 FilterBlur过滤模糊调到 0，同时勾选Useobjectmtl使用物件材质，这样就不用再把置换贴图链接到修改器中了。最后将置换高度调整到一个合适的数值就可以了。

如此设置后就可以得到这样一个真实的渲染结果了：

3#  Metallic

复习完V-RayBRDF，下面我们来看看在Metallic中有哪些独有的贴图。

Metalness金属度：黑色代表非金属，白色代表金属，中间灰度用于抗锯齿运算，无物理意义。

Roughness粗糙度：物体表面的粗糙程度，与光泽度是反义词，roughness=1-glossiness。

倘若你对金属度的原理讲解感兴趣，欢迎移步金属度专题课：新版V-Ray，金属应该这么调——金属度(metalness)专题讲座

#卷帘门

接着我们来看看在Metallic中如何使用PBR贴图制作材质。场景依然是那个金属度专题课中的小球。

这套贴图对应连好以后是这样的。

在V-RayBRDF工作流的基础上，有几个额外的注意要点：

1）ReflectionColor反射颜色必须为纯白色。

2）在材质的 BRDF 卷展栏中选择 GGX，并点选 UseRoughness使用粗糙度。

3）Metalness金属度贴图和Roughness粗糙度贴图均使用 gamma1.0 加载。

正确地操作完这些贴图连线后，就能得到这样的渲染结果：

没什么大问题，不过我觉得这样的反射模糊太猛了，所以弃用了这张粗糙度贴图，使用两张污渍贴图叠加作为新的粗糙度贴图，做一个反射效果强烈一些的金属球。

最终成图如下：

#非金属

在 Metallic工作流中使用PBR贴图制作金属的流程你肯定是学会了，下面就通过这个木地板案例，来说说如何使用PBR贴图制作非金属材质。这里使用的是一套来自Megascan的木地板贴图。只有四张贴图，没关系，够用了。 

参考卷帘门案例的注意事项，将它们都对应连接好后，就可以得到一个看起来还不错的效果。美中不足的是，木纹的凹凸效果十分不明显，看起来很平，没有质感。所以我将负责材质凹凸属性的法线贴图强度提高到 12。

现在看起来就好多了。

来个特写：再仔细观察，又发现个毛病，作为一块块拼接的木地板，这个材质的木板分缝太浅了，几乎看不出来。可是法线贴图的强度已经给得很大了，还能怎么办？AO贴图该发挥作用了。我将AO贴图与漫反射贴图使用正片叠底叠加，压暗分缝。同时把AO贴图连接到VRayNormalMap里的Bumpmap凹凸贴图节点中，作为凹凸贴图加深凹缝效果。

最终的成图效果如下：

#金属

看完木地板的案例你可能会想：有这贴图，我不用金属度也能做呀。没错，对于非金属材质的制作，Metallic 工作流确实没有优势，那么他的优势是什么呢？人如其名，金属度工作流最大的优势自然就是金属材质的制作了。传统的 V-RayBRDF 工作流能不能做金属质感呢？

这一显著区别正是Metallic的意义所在，物体边缘的菲涅尔反射也正是金属质感的核心，使用V-RayBRDF制作的“金属”仅仅是看起来像金属的塑料球罢了。（挖坑再填！！）

你别不信，这就给你来个实锤。在菲涅尔反射中，最重要的参数就是 F0，即与相机射线垂直的面的反射率。在V-RayBRDF工作流中，F0的计算公式为（n=反射IOR）：

且在Metallic工作流中，F0=Albedo。那么先来看看我们的测试场景：一个球体模型+纯白色（1.0）的背景，仅此而已。

接着是一组用于对比实验的两种铝（F0≈0.924）材质：

V-RayBRDF工作流：漫反射纯黑色，反射IOR=50，反射颜色纯白色；

Metallic工作流：Albedo基色=0.924，metalness=1，反射颜色纯白色。

由公式可以算得两组材质的F0均为0.924，那么让我们来看看对比结果：

（图片以后再填！！！）

由于两者的F0相同，那么两个结果的中心处色值是一样的，都为 0.924（Linear）。重点就在于两种材质从中心向边缘的过渡变化。我们可以很明显地发现，在 Metallic中材质的反射效果由中心向边缘逐渐变强，符合菲涅尔反射现象。然而在 V-RayBRDF中材质的反射效果居然是中心向边缘逐渐变弱，完全不合理。

所以早期有很多艺术家在使用V-RayBRDF制作金属材质的时候，会关闭菲涅尔，同时在反射贴图槽里添加一个Falloff衰减贴图来手动控制反射的衰减曲线，就是为了实现反射的菲涅尔现象。同期产物还有一个叫ComplexFresnel的插件，各位老玩家一定不陌生了。

诶？那是不是代表整个V-RayBRDF工作流的反射效果都是错的呢？非也。当我们赋予一个对于非金属材质（dielectric绝缘体）来说正常的IOR数值时，它的反射效果是符合菲涅尔效应的。这个数值在虚幻引擎中被限定为 1.2~1.8。

※V-RayBRDF中IOR=1.8时的测试结果

关于这一点，其实ChaosGroup实验室总监 ChristopherNichols就曾在一期广播节目中与Autodesk着色器专家ZapAndersson讨论过，他们指出传统的V-RayBRDF工作流本来就是基于绝缘体模型编写的，那么自然不能得到正确的金属效果了。（广播内容详见这篇文章结尾：http://vraymasters.cn/magazine/understanding-metalness/）

这些内容理解了，以后就应该放心大胆地使用Metallic做金属材质了。为了方便大家进行金属材质的制作，V-Ray的亲爹Vlado专门总结了一张各类金属单质的参数表格，我们可以以此为依据进行各类金属材质的艺术创作，这可比目测靠谱多了。

表格中的数据均为线性数值，包括 Diffuse基色。V-Rayfor3dsMax用户可以直接抄写，V-RayforSketchUp用户则需要将拾色器的色彩空间切换到 Rendering（RGB）渲染空间。

至于前面的红铜材质，我再为它添加一些刮痕效果就制作完成了。最后加个炫光，还挺好看的。

4# 总结

全篇看下来，我相信你已经理解了PBR材质体系中两种工作流的应用了。那么它的意义是什么？

我们所创造的贴图、材质是需要遵循物理的基本原则的。在PBR体系中，渲染器负责繁重的物理计算工作，将一切目测、估计的不确定性一脚踢开，让我们可以更专注于艺术内容的创作。

同时得益于准确的物理运算，我们也更容易得到逼真的材质效果。不仅如此，在这个大环境下，我们的资产在各种光照条件下都能得到准确的效果，这对于个人的工作流养成以及团队的协同配合都是效率极高的（而且市面上庞大的PBR材质资源它不香吗？）。

拓展一下，在游戏行业中有一个工作叫 LookDev，它的一个主要内容就是让不同人员制作的不同资产在统一光照环境下有统一的表现效果。其实这正是PBR的意义所在。（关于LookDev的详细内容可以研读飘羽大佬在戴老师公众号发表的文章：飘羽丨聊聊LookDev） ※图片来源：https://mp.weixin.qq.com/s/84pAuFmTfJgwrD7dpCDnIw

材质贴图的正确打开方式

一些对 PBR（Physically-Based Rendering）材质有初步了解的朋友倒是可以根据贴图名称里的后缀分辨贴图类型

常见的通道贴图有：

（1）Diffuse/Albedo/Basecolor 漫反射

（2）Reflection/Specular 反射

（3）Metalness 金属度

（4）Glossiness 光泽度

（5）Roughness 粗糙度

（6）Normal 法线

（7）Displacement/Height 置换

（8）Bump 凹凸

（9）Ambient Occlusion 环境光遮蔽

# 漫反射

常带有 _diffuse/_albedo/_color 后缀。漫反射即是光线穿入物体内部，经过多次散射后穿出物体表面向四面八方漫射的现象。在这里可以简单理解成物体表面固有的颜色。

漫反射贴图的用法那可太简单了，往材质漫反射槽一扔就完事了，这都不会就退出渲染界吧。

# 反射

常带有 _reflection/_specular 后缀。反射贴图控制的是材质的反射贡献及颜色。一般来说，除了类似金、铜这样的有色金属，反射贴图都是以黑白单色的形式出现，1（白色）表示全反射，0（黑色）表示不反射。

在制作有色金属时，反射贴图涉及反射颜色的控制，此时需要对贴图进行 degamma，即使用默认的 sRGB（2.2）加载，与漫反射贴图类似。

其他情况下，当反射贴图只涉及反射强度的控制，即呈现为黑白单色时，我个人习惯使用线性（1.0）加载，不对贴图进行 degamma。这么做也能避免对反相等操作产生干扰（对反相的影响详见：V-Ray 中反相的小tips）。

# 金属度

常带有 _metalness 后缀。估计很多人会对金属度这个概念感到陌生，它是 metalness-roughness 工作流中的一种材质属性，描述材质是金属还是电解质，1（白色）表示为金属，0（黑色）表示为电解质。这里因为砖墙完全不具备金属性，所以 metalness 贴图为纯黑色。

听着有点抽象，我们可以对应着 IOR 来理解。金属度参数真正控制的是 F0，即菲涅尔反射中，与相机射线垂直的面的反射率。当 metalness=0 时，F0=0.04，也就是 IOR=1.5 时对应的 F0；当 metalness=1 时，F0=1；metalness 在 0-1 之间取值的时候，F0 也就在 0.04-1 之间取值，且在这个过程中 F90 恒定为 1。（具体技术细节以后再填坑。）

在我们熟悉的 specular-glossiness 工作流中，没有一个参数可以和 metalness 相对应。要注意，specular 和 metalness 意义完全不一样，前者控制的是整个材质球的反射强度，而后者只改变材质球正面的反射率（F0），侧面的反射率（F90）则恒定为 1。真正和 metalness 有对应关系的应该是折射率 IOR。（对于金属度的理解参考自戴老师的一则知乎回答：https://www.zhihu.com/question/49032411/answer/118293944）

必须使用线性（1.0）的方式加载。这种贴图只有在我们使用 V-Ray Next 新增的 Metallic 材质球的时候才会用到。至于两种 PBR 材质工作流如何选择，我建议用熟悉的 specular-glossiness 就好。

# 光泽度

常带有 _glossiness 后缀。光泽度贴图定义的是材质的粗糙程度，1（白色）表示材质表面非常光滑，0（黑色）则表示十分粗糙，这个属性控制着反射（折射）效果的模糊程度。

建议使用线性（1.0）加载。因为在使用这种代表强度的贴图时，我个人喜欢将色值作为物理信息，与单色的反射贴图同理。

# 粗糙度

常带有 _roughness 后缀。粗糙度和光泽度是反义词，即粗糙度=1-光泽度，相当好理解，配合 metalness 贴图使用。

建议使用线性（1.0）加载，与 glossiness 贴图类似。

# 法线

常带有 _normal 后缀。法线贴图的原理是利用色彩信息的 RGB 色值分别代表 xyz 三个方向上的位移。本质上只改变了光线在材质表面的传播方式，并没有产生实际的模型形变。

因为不同贴图生产商使用的流程可能不同，法线贴图会有两种模式：OpenGL 和 DirectX。OpenGL 的 RGB 对应坐标为（+X，+Y，+Z），而 DirectX 则为（+X，-Y，+Z），说人话就是：如果出现了诡异的凹凸效果，需要使用颜色校正节点对法线贴图的绿通道进行反相。（更多法线原理详见：个人速查向01|法线贴图的正确打开方式）

必须使用线性（1.0）加载，并将凹凸贴图类型改为法线（切线空间）。

# 置换

常带有 _displacement/_height 后缀。置换贴图的原理是将模型面经过细分后根据贴图的灰度在 z 轴方向上产生位移。0.5中灰色的地方高度不变，0.5~1浅灰（白）的地方沿法线方向凸起，0~0.5深灰（黑）的地方沿法线的反方向下凹。

必须使用线性（1.0）加载，且将该材质模型面打组，给组赋予相同的材质（具体操作方式详见上篇文章：『置换』正确打开方式）。置换贴图的使用会极大地占用内存并拖慢渲染速度。

# 凹凸

常带有 _bump 后缀。置换的弟弟，与法线贴图类似，只改变光线在材质表面的传播方式，并没有产生实际的模型形变。操作更简洁，不打组也能生效。不过我个人习惯在有法线贴图的时候优先使用法线贴图。

建议使用线性（1.0）加载。个人习惯，与光泽度贴图同理。

这些个通道都理顺以后，我使用 specular-glossiness 工作流，将这些贴图正确地加载到对应的贴图槽，测试渲染一下看看效果。

整体效果还不赖，粗糙的砖墙没什么反射效果很正常。但是，其置换效果就不那么令我满意了，特别是砖块缝隙处的细节不足，显得粗糙。诶？咱是不是还有个 AO 贴图忘了介绍了？这个贴图的使用应该是最多人为之感到困惑的了。

# 环境光遮蔽

常带有 _ambientocclusion/_ao 后缀。AO 可以简单理解为描绘物体和物体相交或靠近的时候遮挡周围漫反射光线的效果。AO 贴图的意思就是我们的模型面根据置换贴图产生模型形变后，根据这个新模型中体量的互相遮挡生成一张 AO 图。

1）首先增强砖缝处的凹凸对比。将置换贴图与 AO 贴图用 Mix（Operator）混合节点进行混合，混合模式为正片叠底，并使用 Bezier Curve 贝兹曲线节点将 AO 贴图的灰度提高一些，给置换贴图叠加一层微妙的压暗效果。

2）接着丰富砖缝处的暗部细节。用同样的方法混合漫反射贴图和 AO 贴图。

所以 AO 贴图常用的两种用法是：

1）与漫反射贴图叠加，使用正片叠底模式，丰富材质的暗部细节。

2）与置换贴图叠加，使用正片叠底模式，增强凹凸效果的对比。

另外需要特别注意：AO 贴图亦或是 AO 渲染元素的本意是用于解决漏光、飘和阴影不实等问题，增强材质的真实感。又或是改善场景中缝隙、褶皱与墙角、角线以及细小物体等表现不清晰的问题，增强空间的层次感。那么当我们既使用置换让模型产生真正的凹凸形变，又使用 Brute Force 来计算无偏差的 GI 时，理论上是不需要再人为叠加额外的 AO 效果的。但如果叠加了以后还能更好看？那何乐而不为呢？

所以 AO 贴图的使用更是一个增强画面效果的艺术性选择，不是一个材质制作的必要元素，应该根据视觉效果酌情使用，不要无脑叠叠乐。

通过这套贴图的使用，我们就已经梳理出 PBR 材质贴图的使用方法了。所得结果与预览图有所差异更多是因为两者场景的光环境不同，且预览图会经过不同程度的后期处理，毕竟贴图厂家也不是直男，不会直接扔个 raw render 出来做广告：）.

那么本期分享就告一段落了吗？NONONONONO

通过上面各类贴图的讲解，我们似乎可以得出这样一个结论。材质的表现属性主要分为三类

1）颜色信息（漫反射）

2）反射信息（反射、光泽度）

3）高度信息（法线、凹凸、置换）

换句话说，只要将这三个信息类型依次进行细化，就可以得到我们想要的材质效果。那么问题来了，这些材质信息的细化就非要成品贴图不可吗？其实不然。

在日常学习工作中，无论是前期的设计推敲，还是给甲方确定材质意向，我们经常遇到只有漫反射贴图的情况。在掌握了前面提到的各类材质属性的概念后，只用一张漫反射贴图来为材质细化反射信息和高度信息并不是一件难事。

这里我有一张木纹的漫反射贴图:

1）颜色信息交给漫反射贴图即可，我仅仅用颜色矫正节点增加了漫反射贴图的饱和度。

2）反射信息的细化自然是利用反射贴图和光泽度贴图了。先用颜色矫正节点将漫反射贴图去色；接着用贝兹曲线节点调整贴图的灰度。这里我的心得是：反射贴图的黑白对比可以稍微强烈些；光泽度贴图的对比稍弱，且整体灰度控制在0.6以上。

3）高度信息的细化则交给凹凸贴图。制作方法和反射贴图等如出一辙，需要注意的是凹凸贴图的强度，一般我会从0.05开始测试，多退少补，总能找到一个合适的数值。

最后总结一下，材质的制作其实也就是对各项材质属性进行细化的过程。在制作材质的时候，首先要明确自己的目标，心中要知道这个材质应该是怎样的；其次就是善于利用贴图间的相互配合，根据测试的视觉效果来对应调整，以达到满意的效果。

成品通道贴图的使用无疑可以加快制作过程，让材质的制作变得简单粗暴。与此同时，我们也应该吃透材质属性的基本内涵，这样哪怕只有一张漫反射贴图，细化材质也是分分钟的事。

具体制作流程：

第一步:分析设计图与找参考

因为它只有两个斜视角，因为缺失三视图导致有一些部件我并看不到，等于是我得不到一些关键的信息，所以我去找了该武器的原画设计图作为参考，以补全这把枪所缺失的信息。

这把枪几乎概括都有了之后，便可以开始分析这把枪的结构，我这把枪有一部分是对称的，所以我将它分为两大块，一块是对称的件组，一块的非对称的件组。然后分析出这把枪整体是偏长、宽，很沉重，总之就是又肥又大的那种感觉。最后再逐一分析每个大块所包含一些小部件。从整体到个体，分析每一个部件的长宽高比例，层次关系，还有造型，除此之外，还要分析部件用什么方法来制作，更有效率，这个模型要分多少张UV才能显现出好的效果来。第一步的分析很重要，可以使我有一个很清晰明了的制作思路。

第二步:制作中、高模

有了一个好的制作思路后，便开始在Maya里制作模型了，因为没有三视图我只能目测个大概的比例，用简单的基本体搭建了一个比例参考模型，再进行制作中模。当然如果把原画设计图作为侧视图快速起形也是可以的，毕竟结构、比例非常接近，大型起好之后再根据原图的不同进行结构制作。

在制作中模的过程中用合理的布线来准确表达模型的结构，避免出现多边面，藏点藏面等等制作问题，不然后面的修改会很麻烦。

这里需要提一下，原则上我们的高模是要把所有的内容都制作出来的，虽然最终我们用的可能仅仅是低模，但是高模的制作好与坏也间接影响着低模的效果，那么在高模中我们制作一些比较难布线的结构的时候，往往会浪费特别多的时间，这里我并没有直接在原模型想进行制作小结构，我是用的“漂浮法”来做的，这样后面烘焙出的法线效果是一样的，但是制作时间上却节约了很多，当然如果高模也有制作要求的话，那我们还是要老老实实在表面上布线制作啦，这个要看每个人自己的制作要求或项目要求来定。

中模是升高模的基础，所以每一个部件的结构、比例一定要准确无误，布线要合理，圆柱形的结构该多少段数要把控好，制作完后要整理一下大纲视图，分好组，以免搞乱。

在中模确保无误后，另存一份，再进行高模的制作。硬表面高模就是卡线，可以用Maya的倒角命令进行卡线，或者手动加线，怎样来的效率就怎样做，我是两者都用的，每个部件卡完线后都要按一下“3”进行平滑预览，发现没有问题后，再进行下一步。

第三步：制作低模

在这里不得不提一下之前制作的中模了，如果中模已经准确无误的表达了结构，那么高模就不用再修改些什么了，自然就可以通过中模删线来充当低模了，就算是高模加了一些中模没有的结构，也可以用中模来修改，所以中模的制作非常重要，可以省很多功夫和时间在低模的制作上。当然重新拓扑也不是不可以，每个人要找到自己最效率的办法来做低模。

第四步：制作UV贴图

我给枪分了两张UV，一张是对称部件的，一张是非对称部件的。

切UV要在模型一些视线看不见的地方切，避免接缝影响美观，内角小于或等于90度的角，一定要切，避免模型泛黑，就是会有UV拉伸等问题出现，切好UV的同时记得分好软硬边，最后摆UV，能打直的UV尽量打直，以节省UV空间和后期贴图的修改等。

第五步：烘焙

烘焙之前需要重新进行高、低模匹配，甚至可能需要拆分。这里给大家说一个技巧，就是用MAYA的引用功能，有点类似代理，用引用的好处就是节省资源，我们做的时候减少卡顿，如果我们是手动拓扑低模的话，这个方法更加适用。

烘焙这里就不多说啦，能烘焙的软件也很多，MAYA、SP、MT、还有专业的烘焙工具XNORMAL都是可以烘焙法线，烘焙出来的法线效果。

还有一张比较特殊的贴图，那就是ID贴图了，这张贴图的制作，方法比较多，可以烘焙，也可以直接画，那么众多的烘焙软件都是支持ID烘焙的，当然甚至可以在SP里直接进行遮罩选区，方法虽然的不同，但效果是一样的，每个人找到合适自己的办法就行。我个人是使用PS手动绘制的ID贴图

第六步：制作材质

将低模和贴图导入SP，制作材质。想要做出自己想要的效果非常难，但是通过老师的细心指导加上我自己的理解结合了所学的知识，慢慢把规律摸索出来。

首先先区分模型的材质，相同的材质则是作为一个文件夹，里面则有：固有色和粗糙度层，粗糙度脏迹层，边缘磨损层，环境闭塞层等几个基本填充层，在上面还可以根据需要加一些划痕层，指纹层，泥土和灰尘图层，图标层等，这样叠加层就会有一个很好的效果了。记得一定要给文件夹和图层命好名称，方便寻找。制作好材质后，就可以导出贴图了。

图21 在SP中按照思路归纳好不同的纹理层并用文件夹区分开

第七步：渲染

在渲染中我打了很多组灯光，不断尝试每组灯光的效果，也渲染了很多效果图进行对比。

我这把枪主要是在HDR里添加灯光，添加很多盏灯，每盏灯都可以调颜色和强度，所照出的效果都不一样，这些灯光的效果叠加起来，很大程度的把模型的细节给表现出来。一张效果图需要一个摄像机和一套HDR灯光。我渲染了五张效果图，也就是五套HDR灯光，之所以给每个角度打一套灯光是因为HDR灯光在不同的角度会有不同的效果，细节上也没很好的表现出来，所以我为每一个角度都打了一套灯光。

总结

理清思路：硬表面枪械这种模型，它的部件越多，结构也就越复杂，前期需要好好的分析它，理清思路，方便后期的制作，不然修改起来会让人崩溃。

多学多问：制作时会遇到各种各样的问题，如果光靠自己去发现和解决问题，是非常耗时间的，问题解决了还好，如果没有，就只能停滞不前。所以身边有一个老司机带路，是非常的重要，非常的重要，非常的重要！能随时防止自己走错路，而且在制作上提供宝贵的建议与经验分享。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。力拔山兮气盖世，时不利兮骓不逝