Ray 渲染进阶之路①——基于物理的渲染（Physically Based Rendering）流程简述

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作者：灼娆

1、前言本教程针对对 ray 基础操作熟悉的用户。教程中不会对 ray 的各种功能进行解释，如果遇到不明白的地方请查阅其他教程。本人水平有限，学习也是自学野路子，难免有疏漏，如果有错误请在评论

本教程针对对 ray 基础操作熟悉的用户。教程中不会对 ray 的各种功能进行解释，如果遇到不明白的地方请查阅其他教程。

本人水平有限，学习也是自学野路子，难免有疏漏，如果有错误请在评论中指出。

PBR 的思路很简单，使用接近真实的物理属性来描述材质属性，并且在各种光照环境下都有不错的表现。

优势在于流程更加简单易于理解，并且在复杂的变化光照环境中都有不错的表现。

一个简单的例子，“一块金属”，比 “一块高光为 xxxx（图像信息），表面颜色为 xxx（图像信息）的物体” 更容易让人想象材质究竟是什么样子。（当然，金属的特征并不是高光）

（为什么 ray 默认不使用 spa？因为 spa 贴图就是在性能不足的情况下模拟高光效果使用的，ray 自己就有比较真实高光效果，所以不太需要 spa，spa 在 ray 渲染环境下的使用，更多的是提供一些非真实的特殊效果，例如丝袜，头发）。

PBR 流程在我的理解中，是打光、材质、镜头的结合，灵活使用三者的配合，来实现心目中的效果。

每一项单独拆开，大家其实大多都很熟悉，但是 PBR 流程的思想中，这三者是共同作用的。

Part1. 打光

Lighting Lighting

地面材质相同，2 种光照下，体现出的效果完全不同。

很多人闷头改材质，但是忽视了其实材质看上去什么样，光照才是重点，因为材质的大部分属性其实都是通过对光线的不同作用来体现的。

我带来的另一种思考是，k 光照改善不良好的表现。因为很多动作其实有转身，镜头也有各种角度，你的一个光照并不一定能适用所有情况。

如果不 k 光照。人物转身，阴影很难看。

如果不 k 光照。人物转身，产生的阴影很难看

修正后。

修正后

不是每一个镜头都需要修正，说到底是基于自己的审美的，你觉得那些标志性 pose 或者说分镜，需要集中体现的，就可以对这个镜头的各种参数进行一定的优化。

（在我的寄明月视频中，正面镜头和背面镜头光照是 2 种，每次切换镜头我都会修改。）

Par2. 材质

很多新手沉迷修改材质，各种套套，改改，其实并不是正确的做法。

材质系统上，需要做到 2 步。

1、理解每个属性的基本物理原理和它的表现（包括不同光照条件下的变化）。

2、思考你需要的材质属性，并且调整出来。

最重要的不是怎么调，而是你想要什么，闷头瞎调是没用的，多思考什么样的材质效果是你需要的。所以我个人是不太赞同，ray 渲配方，这种东西的（其他非 pbr 的话，配方是很有用的）。不过新手阶段可以先模仿一下，练练手，熟悉操作。

（一个著名的误解就是 cloth.fx，除开法线，这个材质的核心效果其实是边缘高光，更加接近丝绸而不是常见的衣服布料）

具体参数的作用我这里不讲，你们下载的 1.5 以上版本中都有中文文档。

说几个大多数人不太知道的东西

一、遵循能量守恒漫反射光线 + 镜面反射光线 + 金属度吸收光线 = 入射光线

光滑度就是用来调节漫反射和镜面反射比例的。（当然这里不考虑半透明问题。）

二、金属度除了变得更像金属，吸收更多光线以外，还有一个重要作用，适当添加金属度，可以让材质看上去更 “脏、暗”，也就是更加真实。这一点在比较复杂的 hdr 照明中尤其适用（time of day/night / 其他复杂 hdr 贴图）。

三、光滑度贴图可以提供比法线贴图更细节的材质表面。

四、除了法线贴图以外，其他贴图大多是纯白点的数值为 1 纯黑点为 0，并且直接符合 uv 的。包括很不常用的湿度贴图。

face

某种贴图

假设下方是光滑度贴图，那么对脸部使用这个光滑度贴图效果就是脸上半部分光滑度为 0，下半部分光滑度为 1.

应用举例

衣服和丝袜湿漉漉的效果，就是法线贴图配合光滑度和金属度 + 打光实现的。

（恕我直言，愿意去开发这些实用效果的人实在太少了……）

这里再强调一遍打光、材质、镜头三者的整体思考。

Part3. 镜头

镜头的角度

还是同样的场景，90 度去观察的时候，地板看上去就会大变样。

这里和打光中的原理相同。

选择合适的镜头，或者自己对镜头进行一定的修正，对于视频质量提升极大。

样例

这个开头是原镜头中没有的。歌曲为寄明月，可以说很应景了。

镜头的远近

镜头的远近并不会影响材质属性，但是对于观众的观感而言，近镜头多的情况下，你就需要添加更多的材质细节，来避免看上去很平庸、很假。

普通的材质（清漆）

添加细节后材质

添加细节后材质（法线贴图、光滑度贴图、金属度、光滑度）

这一点其实更加偏向材质部分，但是我也说了——结合，这就是材质与镜头的结合，近镜头需要更多得当的细节。

那么大量远镜头呢？远镜头需要更夸张、明显的效果，有时候甚至是牺牲细节的。如果足够有耐心，可以对不同的分镜进行不同的参数设定。灵活利用材质控制器和后期剪辑来达到效果。

这里留作作业吧，自己思考下远镜头想要材质看上去更好需要怎么设计。

（这里讲解的主要是 ray + 偏写实，与 2d 渲染等是不同的）

有用的工具

PhotoshopCC 2018 简单制作包括法线在内各种 pbr 材质贴图。

Substance Painter/Substance Designer 更加专业的贴图制作工具，前者适合手绘，后者适合程序生成贴图。另外也带有庞大的素材库。