PBR纹理贴图类型详解

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PBR 纹理是一种帮助 3D 艺术家使他们的 3D 渲染看起来更逼真的技术。与其他着色和渲染技术相比，PBR 可以准确地描绘光线与材质的相互作用。这是这项技术越来越受欢迎的主要原因之一。

但什么是PBR，为什么它很重要？

提前阅读，了解作为 3D 艺术家所需的有关 PBR 渲染的所有信息。

PBR 纹理是什么意思？

PBR 是基于物理的渲染的缩写，是一种通过考虑光和阴影如何与材质相互作用来渲染图像的方法，从而使 3D 对象看起来逼真。这些 PBR 材质存储为单独的纹理贴图，可用于在 3D 空间中重新创建逼真的材质。

简而言之，PBR 纹理是一种模拟自然环境中光线和阴影如何与 3D 对象交互的技术。它可以帮助艺术家创建美观、逼真的 3D 模型。与以前的渲染技术不同，PBR 的工作原理是理解现实世界中的所有事物都是“闪亮的”。

这里需要注意的一点是，这种技术是基于物理定律的。您是否在数学中使用高物理精度取决于您正在制作的 3D 艺术。许多 3D 艺术家只想让 3D 对象看起来逼真到人眼看起来不错的程度。他们不太关注光照射到表面时如何反射或折射的数学准确性。

注： PBR 材质是单个 PBR 纹理的集合。然而，当 3D 艺术家说 PBR 纹理时，他们通常指的是整个材料。因此，我们将在本文中互换使用术语 PBR 纹理和 PBR 材质。我们将使用术语纹理贴图来指代单个纹理。

PBR纹理是如何制作的？

PBR 纹理或材质是根据物理定律制作的，因为它们必须看起来逼真。创建PBR材质有两种主要方法-基于图像的生成和程序生成。

基于图像

在这里，拍摄物体或表面的单张图像或多张重叠照片，并通过软件提取纹理贴图。当这些贴图组合在一起时，这些地图使材料具有逼真的外观。用于创建 PBR 材质的最常见纹理贴图是漫反射贴图、粗糙度贴图和法线贴图。

程序生成

在这里，纹理是使用数学算法生成的。您可以使用不同的参数和输入来创建许多纹理，每个纹理都具有复杂的图案和效果。正如算法所创造的那样，这些纹理是高度可定制的，提供无限缩放，并且不需要太多的存储空间。

PBR 纹理贴图的类型

3D 艺术家使用许多不同的地图来实现无数的效果。以下是一些常用的纹理贴图：

漫反射/反照率/彩色映射表

漫反射贴图是材质的基色，这意味着它仅包含颜色数据，也称为反照率或颜色贴图。它是一个干净的纹理贴图，仅包含材质的颜色数据；没有关于照明或阴影的信息。

粗糙度/光泽度/微表面图

与颜色图不同，粗糙度图更加详细和复杂。这是一张灰度地图，其中较深的阴影表示材质的闪亮部分，而粗糙的部分则表示为白色。

此纹理贴图允许您为材质添加个性或故事。例如，一面镜子表面有许多污迹和划痕。这里的想法是，污迹和刮擦不会改变物体的颜色，而只会影响表面可以反射多少光。例如，镜子上的指纹使该区域变哑。

法线贴图

此纹理贴图允许您在不更改 3D 模型几何形状的情况下为 PBR 材质提供一定的深度，除非您愿意这样做。法线贴图使用复杂的计算来改变光线与材质的交互方式，从而产生凹凸和深度的错觉。

金属度图

这种纹理可以让您知道材料是否是金属的。这又是一个灰度地图，其中物体的金属部分显示为白色，非金属部分显示为黑色。金属呈白色，因为它比非金属部件反射更多的光。如果您的 3D 对象具有金属元素，则可以使用此贴图使其像真实金属一样反射。

镜面贴图

镜面反射纹理贴图使用全 RGB 颜色来影响颜色贴图的构建方式。有时使用它来代替金属度图，因为它可以让您更好地控制非金属材料的光泽度。此贴图比金属度贴图更复杂，要获得您想要的确切结果可能具有挑战性。

自发光地图

这是另一个完整的RGB贴图，类似于颜色贴图。但是，它们用于使 3D 模型中的某些元素看起来好像在发出自己的光。例如，您可以在灯泡或 LED 灯条上使用自发光贴图。

不透明度贴图

此纹理贴图可帮助您使渲染的所需部分透明。例如，如果要渲染一杯水的 3D 模型。

凹凸图

此纹理贴图可帮助您在 3D 模型中创建深度错觉，而无需更改其几何形状。这意味着渲染中的凸起或凹陷将出现或消失，具体取决于您是否使用此地图。

凹凸贴图在 3D 艺术家中不是很受欢迎；许多人只使用法线贴图。

位移图

置换贴图可帮助您在 3D 模型上创建凸起表面（高度）的错觉。与法线贴图不同，它通过在渲染图像时添加几何图形来创建“真实”深度。您可以使用此地图添加比例、孔隙、砖块等细节。

但是，此纹理贴图不用于创建游戏资产，因为细节仅在渲染的输出中可见，而在游戏引擎中不可见。

使用 PBR 纹理有什么好处？

最近，PBR 纹理变得流行起来，尤其是在游戏和电影行业。让我们来看看许多 3D 艺术家更喜欢 PBR 纹理的几个主要原因。

• 易于使用
  它是最用户友好的渲染技术之一，因为您可以使用单个纹理来准确表示任何材质。它使实时渲染更容易，这就是为什么它在游戏设计中很受欢迎。
• 更好的着色质量
  PBR 提供比着色器更高的着色质量，从而提高最终 3D 对象的质量。着色器并不总是准确地表示某些光照条件下的材质行为。它们有时会导致比它们接收到的照明更高的能量回馈。使用PBR，光能在漫射和反射元素之间分配，表现得更逼真。它使 3D 对象具有更自然的外观，并在各种照明条件下逼真地执行。
• 节省时间
  此技术简化了使 3D 对象看起来更逼真所需的大部分工作。不仅如此，它还会产生准确的结果，因此您不必花时间修补不同的值来获得所需的结果。它允许 3D 艺术家将更多时间投入到其他过程，如照明、动画等。
• 增强真实感
  通过此技术，您可以创建逼真地模拟光线、阴影和对象之间真实世界交互的材质。它允许 3D 艺术家生成 3D 模型、场景等的逼真渲染。到目前为止，这种技术最擅长表示实时渲染的真实场景，这就是为什么它是渲染视频游戏的热门选择。
• 跨平台兼容性
  它们很容易集成到一般的基于物理的渲染工作流程中，因为它们也是基于物理的。您可以将 PBR 纹理导出到其他渲染引擎，它们将创建相同的效果，从而使您的工作保持一致。
• 更好的控制
  PBR 纹理允许 3D 艺术家混合和匹配各种纹理贴图，并调整其各自的强度以获得所需的结果。它为您提供了更大的控制权，以获得更准确的最终输出。

总结

PBR 纹理处理光的物理特性。它可以创建逼真的照明环境，并更好地复制光线与表面的相互作用。它有助于增加真实感元素，使游戏和电影看起来更好。

贴图有了，我们还需要一个将模型与贴图结合的工具：GLTF 编辑器 -NSDT 是一款专门用于3D模型纹理贴图的工具，它支持3D模型各种材质纹理贴图的编辑修改，包括：颜色、粗糙度、金属度、贴图、顶点颜色、自发光贴图、透明贴图、凹凸贴图、法线贴图、位移贴图、粗糙贴图、金属贴图、光照贴图、透明度等；GLTF编辑器可以完美的将贴图映射到模型上，实现逼真3D模型效果。