（转载）什么是基于物理渲染效果？

    基于物理渲染指的是基于真实世界中光照的物理特性而建立的一种光照算法。在过往的游戏模型制作过程中, 美术人员可能将材质受到光照后的效果同时烘焙在贴图上。通过传统的光照模型计算出来的材质效果,在预设光照环境下,是可以达至很好的效果的,但当材质转换到不同的光照环境,例如极光或极暗的场景中时,就很容易出现不真实甚至很奇怪的材质效果，进而影响场景的真实表现。
    基于物理渲染技术对于材质的制作有很严格的要求。对美术人员而言,材质的制作由纯粹是传统的美术判断,变为基于材质的物理特征的描述。其中，主要包括了以下之物理数据:
* 理想颜色(外刊论文术语是Surface Albedo,尚未有中文译名,故我们暂时使用一个美术人员较容易理解的名词做译名) ------是指材质在尚未计算散射、反射、折射、高光及与眼球的角度等物理因子前的理想颜色(对美术人员而言) 。
* 微表面之光泽或粗糙程度描述的是材质表面的光滑或粗糙程度,亦即是对光线的散射及反射程度,其数值越高代表照射在材质上的光线会更多地被直接反射到观者的眼球去。
  使用下面的图作为例子,所有的圆球都是使用白色作为理想颜色,不同的只是使用了不同的光泽度,这样已经可以造出类似纸材质到全光滑塑料等多种不同光泽或粗糙程度的圆球。

* 高亮度是指光线到达材质后再反射出来的光线的聚散程度。一般而言,美术人员会根据预先制作好的各种材质与高亮度对照表来决定高亮度。
  使用下面的图作为例子, 所有的圆球的属性基本一样, 不同的只是使用了不同的高亮度, 这样已经可以造出类似塑料材质到全光滑金属等多种不同的圆球。

基于物理渲染的其他特性 – 能量守恒和菲涅耳反射系数(Fresnel Reflectance)

      每一个运用基于物理渲染技术的渲染器技术细节上或许有所不同,但基本上都会包含能量守恒和菲涅耳反射系数的算法在其中。
      能量守恒是指光线从材质出来的总量,无论是散射、反射或折射,必定小于或等于进入材质的总量。图三是对能量守恒概念关于光线分布的描述。

     引用图一作为例子,以最右边的圆球和最左边的圆球做比较,最右边的圆球有较高的光泽度,这会令从物质出来的反射光比较聚集于高光点,而令围绕着高光点周围的部份相对较暗,这就是能量守恒算法起的作用,也是真实世界中光照的物理特性。
      至于菲涅耳反射系数,简单而言,是指不同材质在不同的光线入射角度有不同的反射系数,大致特性如图四,基本上是从45度起,入射角度越大反射系数越大。菲涅耳反射系数建基于法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅耳 (Augustin-Jean Fresnel, 1788-1827) 对光波学的研究及发现,故以其命名。

基于物理渲染的好处
      总而言之,使用基于物理渲染技术的好处是她的一致性及可预测性,只要制作流程与规范清晰,有适当工具配合,加上有效的培训,美术人员在模型材质的制作过程中,就不用理会自己制作出来的成品其他人的成品在同一光照环境下是否会有不同的表现(一致性),同时,亦不用理会制作中的模型材质将会用在何种光照环境,因为他知道,制作完成的材质必定能在不同的光照环境下完美的模拟出真实世界的相同表现。
      以下是以我公司自主研发基于物理渲染3D引擎制作出来的材质球,当他们被置于不同的光照环境下,仍然能如实表现如真实世界中的材质。


      以下是我公司使用自主研发基于物理渲染3D引擎制作的MMORPG <极点进化> 的其中之一个场境,在不同的光照环境下,都能如实表现相应的光照效果。





     《极点进化》是广州觅奇自主研发的一款MMORPG网游，使用自主研发的基于物理渲染3D游戏引擎开发，运用物理渲染技术，打造24小时光照系统和天气系统，超时空的原创科幻故事背景，以及超现实的冒险场景和副本剧情，为玩家呈现更多曲折多变的故事情节，鲜明的职业体系，不仅摒弃了传统的刷怪升级模式，还运用了全新的高智能AI系统，领先的研发水平加上创新性的题材和独具一格的玩法，成就了这款备受期待的年度3D网游《极点进化》。