[sig12][pbs]《机器人动员》和《飞屋环游记》中的光照模型

[sig12][pbs]《机器人总动员》和《飞屋环游记》中的光照模型

http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/smits/s2012_pbs_pixar_model_slides_v2.pdf

http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/smits/s2012_pbs_pixar_model_notebook_v2.pdf

siggraph2012的practical physically based shading in films and game production中的一篇。

pixar带来。

很喜欢wall-e，终于可以探知其光照模型的究竟了。

pixar在<Wall-E>中使用了新的光照模型，我们可以对比<Wall-E>与pixar之前的动画，可以发现品质有了不小的提升，之前是比较Q版的，到了Wall-E动画的感觉更多体现在里面模型的风格上，画面简直真的一样。

必要性

换到现在这个光照系统（其中包含physical based shading部分，也有其他的改进）的几个原因：（基本也耳熟能详了）

需要更真实的观感更加高效的渲染速度---也就加快了迭代时间简化光照模型原先基于拼凑的方法过于复杂，导致shader参数调整的时间很长包括diffuse，specular, rim, 其他的组成部分而且和各种不同的类型的光进行计算
原先很多多层的材质，渲染巨费那么新模型的需求也就简单明了了：更简单的参数，易于使用大部分材质的参数简化到：color, roughness, metal
必要的时候也可以进行一些hack更真实稳定的观感更真实的fresnel现象higher dynamic range基于物理的BRDF光的亮度也更高能量守恒对于材质在各种光照环境下保持稳定的观感比较重要不同材质之间对于光照的计算结果能够保持稳定和一致在一种光照环境下，调出一个比较真实的或者说好的效果是比较简单的，但是在所有环境下都适用则极其困难，可以说只能通过正确的基于物理的数学模拟来做到也能做一些简单明了的hack来调整在材质和光照上都有一些
光照光的行为，包括：在材质表面反射：specular/reflection漫反射和散射那么我们可以通过两个参数表达：roughness：很多模型里面roughness和specularpower都是可以互相转换，物理意义也比较像了metallic：这个比较少见，控制subsurface diffuse和镜面反射（这个说的不是很明白，从下面这个图上感觉还就是在能量守恒的前提下，控制subsurface diffuse）
Diffuse对于非金属来说，有两个来源：subsurface scattering，这个也是主要来源, 受fresnel现象影响比较多，multiple interface reflection，随着roughness的增加而增加金属类：只是来源于multiple interface reflection。
透明（transparency）
包括三个部分：transmitted diffusetransmitted specularrefraction同时也和subsurface scattering相关。
多层（layering）tri-ace也提到了，看来这个的确是一个进一步发展的时候会面临的课题。也就是两层这样的：
合成一个这样的：
一般的原理就是光线经过一个transmission函数，透到下一个layer。transmission的过程中就包含scattering，光线进入和反射出都会经过这样的过程，这样就类似一个blur filter。记得能量守恒。最后的结果：


最后的结果WALL-E和UP（飞屋环游记）都是用这一套系统，很容易得到basic material。并且也易于创建大量复杂的材质。光照上稳定一致，打光的哥们不用去改shader了，那么进度也就很快。简化和灵活性都非常重要。