【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

基礎光照模型‌

‌標準光照模型（Standard Lighting Model）‌

• ‌定義‌：傳統光照計算的框架，通常包含漫反射、鏡面反射和環境光三部分。
• ‌特點‌：非物理經驗模型，計算簡單但缺乏真實感。
• ‌從屬關係‌：
  • 包含 ‌漫反射‌ 和 ‌高光反射‌
  • 是 ‌Phong模型‌ 和 ‌Blinn-Phong模型‌ 的基礎框架。

‌漫反射（Diffuse Reflection）‌

• ‌定義‌：光線均勻散射到所有方向（如啞光表面）。
• ‌模型‌：
  • ‌蘭伯特模型Lambertian Model‌：
    • 公式：I = k_d * (N·L)
    • 特點：與視角無關，僅依賴法線和光照方向。

‌高光反射（Specular Reflection）‌

• ‌定義‌：光線集中反射（如鏡面或金屬光澤）。
• ‌模型‌：
  • ‌Phong模型‌：
    • 公式：I = k_s * (R·V)^n
    • 特點：基於反射向量（R）和視角（V）計算高光。
  • ‌Blinn-Phong模型‌：
    • 公式：I = k_s * (N·H)^n
    • 特點：用半角向量（H）替代反射向量，計算更高效。

‌物理基礎模型‌

‌BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）‌

• ‌定義‌：描述入射光與出射光關係的數學函數，是PBR的理論基礎。
• ‌特點‌：
  • 滿足能量守恆（反射率≤1）。
  • 包含 ‌漫反射‌ 和 ‌鏡面反射‌ 的物理計算。
• ‌從屬關係‌：
  • 是 ‌PBR‌ 的核心數學工具。
  • 包含 ‌GGX‌（法線分佈函數）和 ‌菲涅爾效應‌。

‌GGX（Trowbridge-Reitz分佈）‌

• ‌定義‌：一種微表面法線分佈函數（NDF），用於PBR的鏡面反射計算。
• ‌特點‌：
  • 更真實模擬粗糙表面的高光拖尾效果。
  • 公式：D(m) = α² / [π((N·m)²(α²-1)+1)²]
• ‌從屬關係‌：
  • 屬於 ‌BRDF‌ 的組成部分。
  • 是 ‌Cook-Torrance BRDF‌ 的核心部分。

‌菲涅爾效應（Fresnel Effect）‌

• ‌定義‌：光線在不同角度下反射率變化的物理現象（如玻璃邊緣更反光）。
• ‌特點‌：
  • 金屬材質反射率隨角度變化顯著。
  • 非金屬材質（如塑料）反射率較低。
• ‌從屬關係‌：
  • 是 ‌BRDF‌ 的組成部分。
  • 在 ‌PBR‌ 中用於計算鏡面反射。

‌高級渲染框架‌

‌PBR（Physically Based Rendering）‌

• ‌定義‌：基於物理的渲染流程，使用BRDF等物理模型模擬真實光照。
• ‌特點‌：
  • 能量守恆（無“超亮”高光）。
  • 參數化（金屬度、粗糙度）。
• ‌從屬關係‌：
  • 基於 ‌BRDF‌ 和 ‌微表面理論‌。
  • 包含 ‌GGX‌ 和 ‌菲涅爾效應‌。
  • 替代傳統 ‌標準光照模型‌。

‌關係層級圖‌

‌關鍵區別‌

‌總結‌

• ‌傳統模型‌（如Phong/Blinn-Phong）是經驗公式，適合快速渲染。
• ‌BRDF‌ 是物理模型，為PBR提供數學基礎。
• ‌PBR‌ 是完整流程，整合BRDF、GGX、菲涅爾等實現真實感渲染。

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