2.7 Metallic与Speculer流程及相互转换

一、PBR流程

金属/粗糙度和高光反射/光泽度工作流程

通用贴图：

法线贴图（normal map）

AO贴图（ambient occlusion map）

高度贴图（height map）

1.金属度/粗糙度工作流（常用）

BaseColor RGB贴图-sRGB

• Base Color RGB贴图-sRGB

• • 储存数据：非导体（电介质）的漫反射色/反照率颜色（Diffuse Reflected Color/Albedo）和金属导体的镜面反射F0值。
  • 非导体使用4%（0.04）的F0反射值。
  • 混合材质（即非导体和金属导体混合材质）则可以认为同时储存了两种数据

• • 非导体（即电介质，非金属）：暗色值，尽量低于30-50 sRGB，严格控制下应不低于50 sRGB。对于亮色值，贴图中不应高于240 sRGB。即不带有光影信息。
  • 导体（金属）的反射值：金属一般会有70~100%的镜面反射，映射到sRGB大概为180~255，如下图所示。

    

  • 在Substance Designer软件中，你可以通过PBR BaseColor/Metallic Validate节点来验证是否在合适的范围内。

    

不同工作流中的Diffuse

传统工作流程中的Diffuse带有光影信息，PBR工作流中的Diffuse不带光影信息。（微观遮蔽信息除外，下图所示）。

小结：

Metallic 灰度贴图-Linear

储存数据：对应区域的金属度。作用类似于图层遮罩，告诉着色器应该如何去解读Base Color贴图中的RGB数据。 0.0纯黑代表非金属，1.0纯白代表纯金属。

小结：

Roughness 灰度贴图-Linear

在粗糙度贴图中，纯黑（0,0）代表了平滑表面，而纯白（1,0）代表了粗糙表面。

微平面粗糙度对材质外观的影响

微平面粗糙度对材质外观的影响，从左到右粗糙度越来越大 (图片来自Arnold Renderer Docs)

2.镜面反射/光泽度工作流

Diffuse RGB贴图-sRGB

存储数据：漫反射颜色（Albedo）

Specular RGB贴图-sRGB

Glossiness 灰度贴图-Linear

光泽度贴图用于描述表面不平整度的贴图，表面不平整会造成光的散射。 在这个贴图中，纯黑（0,0）代表的是粗糙表面，而纯白（1,0）代表了平滑表面。这和M/R工作流里面的粗糙度贴图是完全相反的，但是在设计侧却有着类似的制图原则。

总结两种流程

两种工作流都有一个共同的问题，当贴图分辨率与纹素密度过小时，在金属导体和非导体边界会产生白色/黑边。所以要有一张良好大小和布局的UV。

	Metallic/Roughness流程	Specular/Glossiness流程
优势	1.在M/R工作流程中，由于非导体（电介质）的F0都是规定好的（4%，0.04），所以设计师在对非导体F0赋值时不易出错。 2.纹理的缓存压力更小，因为金属贴图和粗糙度贴图都是灰度贴图。 3.目前来说是兼容性最广的工作流。	1.边缘效应不会那么明显。 2.可以在镜面反射贴图中对非导体（电介质）材质的F0值自由调整。
劣势	1.非导体（电介质）F0的值固定位4%，无法调整。然而在大多数实现流程中都有控制器可以直接复写这个值，所以也不能算硬伤。 2.白色边缘问题较明显，尤其是在低分辨率的情况下问题突出。	1.由于在S/G工作流的镜面反射贴图中，非导体（电介质）材质的F0值是可以自由调整的，所以也会导致设计师容易输入错误的值。而这些错误的值被着色器误读后可能会打破能量守恒定律，从而造成不正确的渲染效果。 2.由于新增了一整RGB通道的镜面反射贴图，所以对性能消耗会更大。 3.S/G工作流有些名词和传统工作流太相似，但是实质所对应的的数据可能是不一样的，因此会导致设计师容易误解或误操作。这种情况下就要求设计师有更好的PBR理论知识，例如了解非导体（电介质）的正确F0值，金属在漫反射下表现为纯黑，以及在着色器没有自动校正情况下，能量守恒相关的基础知识。

二、流程转换

各个贴图中存储的数据：

金属度流程		镜面反射流程
Base Color	漫反射颜色+镜面反射F0	Diffuse	漫反射颜色
Metallic	材质区分，辅助解读Base Color	Specular	镜面反射F0
Roughness	表面状态参数	Glossiness	表面状态参数

Metallic流程 -> Specular流程

Specular流程->Metallic流程

第一步选取Specular，然后选取菜单，色彩范围，选择->阴影，灰度范围，调整参数如下图。

八猴中的效果

SP中的效果

再附上一个Unity中的Metallic效果。

注意的是Unity中Metallic流程中的Metallic和Roughness贴图是合在一起的，导出贴图时需要将Roughness放在Metallic贴图的A通道中！！