【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

基础光照模型‌

‌标准光照模型（Standard Lighting Model）‌

‌定义‌：传统光照计算的框架，通常包含漫反射、镜面反射和环境光三部分。
‌特点‌：非物理经验模型，计算简单但缺乏真实感。
‌从属关系 ‌：
- 包含 ‌漫反射 ‌ 和 ‌高光反射‌
- 是 ‌Phong模型 ‌ 和 ‌Blinn-Phong模型‌ 的基础框架。

‌漫反射（Diffuse Reflection）‌

‌定义‌：光线均匀散射到所有方向（如哑光表面）。
‌模型 ‌：
- ‌兰伯特模型Lambertian Model ‌：
  - 公式：I = k_d * (N·L)
  - 特点：与视角无关，仅依赖法线和光照方向。

‌高光反射（Specular Reflection）‌

‌定义‌：光线集中反射（如镜面或金属光泽）。
‌模型 ‌：
- ‌Phong模型 ‌：
  - 公式：I = k_s * (R·V)^n
  - 特点：基于反射向量（R）和视角（V）计算高光。
- ‌Blinn-Phong模型 ‌：
  - 公式：I = k_s * (N·H)^n
  - 特点：用半角向量（H）替代反射向量，计算更高效。

‌物理基础模型‌

‌BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）‌

‌定义‌：描述入射光与出射光关系的数学函数，是PBR的理论基础。
‌特点 ‌：
- 满足能量守恒（反射率≤1）。
- 包含 ‌漫反射 ‌ 和 ‌镜面反射‌ 的物理计算。
‌从属关系 ‌：
- 是 ‌PBR‌ 的核心数学工具。
- 包含 ‌GGX ‌（法线分布函数）和 ‌菲涅尔效应‌。

‌GGX（Trowbridge-Reitz分布）‌

‌定义‌：一种微表面法线分布函数（NDF），用于PBR的镜面反射计算。
‌特点 ‌：
- 更真实模拟粗糙表面的高光拖尾效果。
- 公式：D(m) = α² / [π((N·m)²(α²-1)+1)²]
‌从属关系 ‌：
- 属于 ‌BRDF‌ 的组成部分。
- 是 ‌Cook-Torrance BRDF‌ 的核心部分。

‌菲涅尔效应（Fresnel Effect）‌

‌定义‌：光线在不同角度下反射率变化的物理现象（如玻璃边缘更反光）。
‌特点 ‌：
- 金属材质反射率随角度变化显著。
- 非金属材质（如塑料）反射率较低。
‌从属关系 ‌：
- 是 ‌BRDF‌ 的组成部分。
- 在 ‌PBR‌ 中用于计算镜面反射。

‌高级渲染框架‌

‌PBR（Physically Based Rendering）‌

‌定义‌：基于物理的渲染流程，使用BRDF等物理模型模拟真实光照。
‌特点 ‌：
- 能量守恒（无"超亮"高光）。
- 参数化（金属度、粗糙度）。
‌从属关系 ‌：
- 基于 ‌BRDF ‌ 和 ‌微表面理论‌。
- 包含 ‌GGX ‌ 和 ‌菲涅尔效应‌。
- 替代传统 ‌标准光照模型‌。

‌关系层级图‌

graph TD A[标准光照模型] --> B[漫反射] A --> C[高光反射] B --> D[兰伯特模型] C --> E[Phong模型] C --> F[Blinn-Phong模型] G[BRDF] --> H[漫反射] G --> I[镜面反射] I --> J[GGX] I --> K[菲涅尔效应] L[PBR] --> G L --> M[能量守恒] L --> N[微表面理论]

‌关键区别‌

概念	物理性	计算复杂度	应用场景
标准光照模型	低	低	实时渲染（如老游戏）
BRDF	高	高	电影级渲染
PBR	高	中	现代游戏/3D设计

‌总结‌

‌传统模型‌（如Phong/Blinn-Phong）是经验公式，适合快速渲染。
‌BRDF‌ 是物理模型，为PBR提供数学基础。
‌PBR‌ 是完整流程，整合BRDF、GGX、菲涅尔等实现真实感渲染。