基于物理的渲染(PBR)在移動類GPU中變得越來越盛行。在本文中，我將簡要闡述PBR的概念和優(yōu)缺點，并就如何使用PBR和延遲渲染在PowerVR GPU上運行提供相關(guān)建議。我還將展示如何在我們最新發(fā)布的OpenGL ES演示產(chǎn)品Dwarf Hall上使用PBR。

基于物理的渲染沒有精確的定義，它是一套可以遵循的準(zhǔn)則，即在場景中如何以更科學(xué)直觀的方式完成渲染。鏡面光便是很好的例子。在PBR出現(xiàn)之前，許多圖形應(yīng)用程序使用特定輸入如亮度值等作為材料參數(shù)。這個值的范圍可以從0開始到無窮大。我們需要從藝術(shù)的視角來審視不同的值，以確定哪個值呈現(xiàn)的效果最佳。

這種方式不太直觀，且會產(chǎn)生不同等級的品質(zhì)。它還可能產(chǎn)生物理上不可能實現(xiàn)的結(jié)果，即輸出的光比輸入的光更多。且有了PBR渲染，藝術(shù)家和程序員可以更好地理解材料的輸入值。

基于圖像的照明

場景中的鏡面貢獻是一個重要的因素。一個點在空間場景中的鏡面貢獻（輻照度）是使用立方體貼圖來存儲的。可以使用離線渲染器來創(chuàng)建這些立方體貼圖。當(dāng)應(yīng)用程序運行期間需要對表面進行著色時，僅僅需要查看立方體貼圖的方位。

在我們的演示中，使用射線跟蹤器從演示空間的多個點中創(chuàng)建立方體貼圖。也使用立方體貼圖的MIP圖像來表示粗糙表面模糊及光滑的效果 (預(yù)過濾的輻照環(huán)境圖)。Sébastien Lagarde在他的博客中對這種方法進行過闡述。

空間中某個點的輻照度編碼過程被稱為基于圖像的照明，其通常與PBR相結(jié)合。我們還在后期處理效果中使用HDR來編碼這些輻照度值，并使用工具以高效的PVRTC格式進行存儲。

材料系統(tǒng)

PBR系統(tǒng)的輸入通常有幾個參數(shù)。將以下參數(shù)輸入演示：

?反照率顏色

?粗糙度(或平滑度)

?高光顏色

?切法線

這些輸入足以在PBR著色中生成畫質(zhì)美觀的效果，且對于藝術(shù)家和程序員而言，生成的效果圖都直觀易懂。

Gamma

3D渲染的一大難點就是伽馬。有兩種主要的空間色彩：伽馬空間或線性空間。多數(shù)監(jiān)視器或輸出設(shè)備均預(yù)計了伽馬空間的輸入。這里要注意的是粘合和錯誤的伽馬補償。

從高精度到低精度進行量子化并隨后對結(jié)果進行更多的計算時，會發(fā)生綁定。在這種情況下，我們要在保持高精度計算的同時進行補償，并盡可能晚地進行量化，以避免出現(xiàn)粘合。

輸入紋理是容易發(fā)生錯誤伽馬補償?shù)闹饕獏^(qū)域。在對紋理進行取樣時，需要了解紋理存儲在哪個顏色空間并應(yīng)用正確的伽馬補償。紋理過濾同樣需要考慮伽馬。在處理有效的PVRTC編碼紋理時，可以使用擴展文件EXT_pvrtc_sRGB。

延遲渲染

若希望在演示中有很多移動光的效果，則可以使用延遲渲染實現(xiàn)這一目標(biāo)。在PBR渲染中進行同樣的輸入，并在G緩沖區(qū)進行如下布局：

RGB光積聚

F32深度

RGB切線法線

0 - 1粗糙度

RGB反照率

RGB高光顏色

0 - 1 Metallicness

Metallicness VS鏡面

如果假設(shè)所有的金屬都有相同的鏡面顏色且所有的電介質(zhì)使用相同的漫射顏色，那么為縮小G緩沖區(qū)的大小而減少輸入數(shù)量是有可能的。這意味著材料的反射率顏色和高光顏色可以被存儲在相同的圖像中。這就是我們使用的“Metalicness”工作流，如下所示：

這是最后的G緩沖區(qū)布局，如下所示：

rgb10a2：光積聚

r32f：深度

rgba8：法線和粗糙度

rgba8：(反射率或反射)& metallicness

這非常符合PowerVR Series6目標(biāo)設(shè)備中每像素可用的128位片上存儲。(注意，256位在Series6XT及其后的GPU中可用)。

后期處理

由于具有HDR格式的光積聚信息，因此繪制至后臺緩沖之前可以采用許多不同的后期處理效果。在演示中我們使用了：開花、色調(diào)映射、眩光和電影顆粒效果。許多基于物理的渲染都使用后期處理對圖像進行最后的藝術(shù)美化。

有效性