什么是基于物理的渲染（PBR）？

PBR是什么？PBR是Physically Based Rendering，即基于物理的渲染。

基于物理的渲染（PBR）是一系列模拟光线在介质中传输过程的技术手段。这一术语相对较新，旨在让艺术家能够创作出逼真的图像。PBR的概念在20世纪80年代末至90年代初逐渐成形，当时传统的计算机图形技术已显得过时，因其产生的光效过于明亮饱和，导致画面失真。

早期尝试提升真实感的技术之一是“体积渲染”（VR），通过计算几何体、赋予材质属性（如反射性）和设置光照来模拟对象，但在处理大型或复杂对象时效果有限。随后，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员结合物理原理和其他方法，即便是复杂对象也能生成逼真的图像，从而奠定了PBR技术的基础。PBR通过计算几何、指定材质属性和设定光照来模拟对象，尽管技术上复杂，但足够直观，便于艺术家操作。

在PBR中，色彩、反射率和镜面高光是决定物体外观的三个关键因素。

PBR流程有别于传统渲染流程：

PBR流程基于物理，因为它依赖可测量的物理属性和精确公式；计算高效，因为采用无需深入了解材质真实行为的高效算法；以及逼真，通过使用现实世界的物理常数来表示材质。它是计算机图形界为提高3D图形真实感而发展的技术。

PBR是一组用于渲染和纹理3D模型的特征和属性。它是当前3D建模软件（如3ds Max和Maya）的标准。这种工作流有时被称为“高端”工作流。

PBR并非全新概念，网络上众多汽车和建筑图像皆采用PBR渲染。它是一系列最近才流行起来的功能集合，是艺术家用于渲染和纹理化模型的一套技术流程。最初由Nvidia开发，现在已被多数主流游戏引擎采纳。

PBR与传统基于着色器的渲染不同，它模拟光线与表面的交互，让艺术家定义光线如何与表面颜色、镜面高光、法线和反射相互作用。

传统上，许多游戏开发者采用传统着色器模拟表面外观，这些着色器定义了材质的反射、光泽度和漫反射属性，但不涉及光线与表面的交互方式。PBR使得艺术家能够明确这些交互，并为模型、材质和纹理提供一致的标准外观。PBR特别适用于金属、塑料、玻璃和布料等常见材质的逼真光照模拟，且因减少大量光照计算需求而更为高效，适用于大型复杂几何体（如地形）的渲染，同时也适用于室内外环境及简单至复杂材质的渲染。

尽管有人认为PBR只是另一个流行术语，但它确实是计算机图形学的一个分支，力求尽可能准确地模拟现实。PBR渲染不仅被游戏引擎采用以实现实时图形渲染，还用于创造接近照片级别的游戏图像，涵盖了实现这一效果所需的所有纹理处理。