▌Part1
游戏行业中，如果说一款游戏对于基于物理的光照（Physically Based Rendering，后面简称PBR），那大概是非使命召唤系列莫属了。
本期嘉宾：《Call of Duty: Black Ops》
虽然很早的时候Halo系列已经非常hardcore的开始使用PBR，但是那个时候游戏行业还在Phong模型+hack搞得不亦乐乎，很厉害，但多少有些超前了。
到了接近2010年的时候，siggraph中PBR专题已经越来越多，这股风潮从cg行业开始，加上理论逐渐成熟，如果单纯看理论的话，可以说已经非常扎实了，对于能看懂相关论文和介绍的人来说，已经不需要辩驳，就知道这个是必然趋势了。
也有了一些能出效果的游戏以及数不清的demo，但这始终缺乏说服力，在2011年《Call of Duty: Black Ops》在siggraph上面发表的《Physically Based Lighting in Call of Duty: Black Ops》，可以说给广大跃跃欲试的开发者以极强的信心了（COD都这么干了，还怕什么？）
这也正是当时在《天涯明月刀》里实现PBR的时间点。
PBR乃是“气宗”，难点不在实现
看看早期谈PBR的文章，很多都谈到升级PBR这件事情是最难的事情之一，而且难的不是技术部分，而是要在团队沟通上花很大精力（俗称“和美术吵架”）。
也常常听一些开发者直接说有没有PBR，好像PBR是一个像ik一样的，很具体的技术。
其实PBR更多的是一种思维方式，非常像金庸小说中的气宗：
非常明确的追求数学正确：整条pipeline，从制作到最后呈现，符合正确的数学模型
这里在相当程度上是颠覆了开发团队的习惯，之前开发团队尤其是美术方面，都是本着以“好看”为指引来构建如何去做，材质各种hack，都是OK的。
但是到了PBR阶段，画风一转，首先追求数学正确，在这个基础上再谈好看。
仿佛练熟了“胡家刀法”的人，被突然要求得变一变，要按着“九阴真经”走起，“要用意不用劲。随人而动，随屈就伸，挨何处，心要用在何处。”，这种转变在不了解其所以然的情况下，吃几个败仗，当然要骂娘了。
实现层面，尤其是2011年这个时代的PBR都是比较简单，处理好HDR、linear space calculation以及macrofacet的模型，基本就可以，其难度只需要刚毕业的学生就可以。
但在其推进层面，则是超难的一件事情。
“习惯于原先hack的美术们，对这个新系统的使用也颇有不习惯，工业光魔内部甚至引发了一场“圣战”，简而言之，费了好多力气才把新的系统（energy conservation, normalized specular等）推行下去。”
这可是让我们在电影院里高潮迭起的工业光魔......
在项目中推进一个新事物
早些年常常听到一些开发者说在其项目中如何快的实现了PBR，但是项目组如何的不理解不支持，最后导致难产。
这里就涉及到一个关键的问题，如何在项目中推进一个新的事物，基本需要
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道理站得住，且解释的明白——道理对的，团队不理解还是不行
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成功项目案例做支撑
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好的影响力——在项目里你是老板还是老“板儿“，那推进自然有天壤之别
所以当年即便一直跟进，已经很明确知道PBR乃大势所趋，但是依旧不能轻易在项目中来推进，直到《使命召唤》放出了他们的presentation。
带着解释清楚的道理，成功得不能再成功的《使命召唤》案例，在项目里开始推进PBR，然后......依旧很艰难。
对于习惯的改变大家本能是反对的，尤其是大家始终不能脱离开应该是“好看就好”为宗旨来构建该怎么做，数学模型太飘渺太束缚。
另外，《使命召唤》行，我们行么？会不会人家是因为其他一些我们不知道的因素。
所以一方面反复的解释沟通，做效果，一方面迅速在1、2周内完成所有升级。
争议，尝试，看效果，进度缓慢中进行。
这时倒是有一个很有意思的转折点，有一个美术始终不认可这种做法，并不按照给出的各项物理属性来制作物件，并在中午的环境下制作出一个确实很“带感的”场景，当时刺客信条有一个类似的场景，确实已经非常接近了。
然后我查看了各个物件的材质属性之后，就把光照环境切到晚上，于是“刺客信条”的画面即刻变成一锅“八宝粥”。
后面逐渐就顺利了，24小时的时间循环，风雨雷电，潮湿到结冰，一套材质始终表现很好。
复杂度杀手——数学
这里我们再回顾下早期CG行业引入PBR的时代背景，简言之就是项目组被复杂度压垮了。
当时也是shader等由艺术家来主导，怎么好看怎么来，在简单地动画拍起来没问题，然后动画变得越来越复杂，材质、场景、时段都在猛烈的增加，然后项目组就崩溃了。
白天好的材质，到了晚上就不行了，换个视角就不行了，整个一被绒线缠住的萌猫，被撸得一点脾气都没有。
然后开始PBR，事情就简单了。
其背后的原因，就是面对超大规模超高复杂度，就要有一个坚实的数学基础。
而没有数学正确的hack，则如同不能放之四海皆准的道理一样，本地可以，换个情况就“不准”了。
到了今天，除非二次元这种风格化的游戏，写实类几乎都是PBR的了，但这也并不意味着项目组得了其神韵，很多团队和开发者依旧无视项目的规模复杂度，在光照材质以外的地方，无视数学模型的在hack，在绒线里打滚。
so简言之，正确的数学模型才是应对规模和复杂度的正确姿势，宇宙通用语言就这么酷炫。
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▌Part2
“没有最PBR，只有更PBR”
上一部分也聊到了，PBR不是一个具体的技术，而是类似“气宗”这样一种思维方式，要以数学正确为基础来构建解决方案。
所以这里就会有大量的流派出现，而不会如一些开发者所认为的，你也PBR了，我也PBR了，大家就一样的PBR了。
第n层PBR
Tim Sweeney在12年的D.I.C.E. Summit对于realtime rendering做了一个很好的比喻，他就像一个对于现实的泰勒展开。
实际中我们从上世纪90年代开始，就是一直在做这个事情，到了PBR也只是其中的一个阶段，在PBR内部，具体的数学模型，BRDF的表达上，还是会一层层的深入进去，倒是挺像武学中的一层层的，越练越牛啤呢。
"Material advances in Call of Duty: WWII"
这里就SledgeHammer在18年siggraph上的这个paper来看一窥现在这层PBR。
这里是在PBR的大框架下，在实时的，产品级别的前提下，不停的逐步推进物理准确性。
主要看点：
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目前PBR的进一步发展趋势，就是在更加细节的地方，物理更加正确。
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Activision做R&D的方式，非常的严谨，和实验室发论文并无二致，非常喜欢，不过所以本篇文章偏理论，读者看着会比较枯燥，但必须疾呼这个其实很酷很牛逼的。
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工程上，每一个方面的提升，都是基于正确的理论，来做高效的近似，而不是“直接hack，看着挺好就挺好”。
主要内容
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normal & gloss mipmapping
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material surface occlusion
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multiscattering diffuse BRDF
normal&gloss mipmapping
我们现在普遍使用的方式是normal map是normal map，gloss(roughness)是gloss，两者互相独立，那么在实际情况者面对这样的情况：
在远处就和实际情况不对。
这里sledge hammer的做法，其实在farcry和crytek的之前文章都有涉猎，在方向上是一致的：把normalmap看做gloss的一部分，尤其是远处的时候，normal的细节因为normalmap的mipmap的原因丢失，那么应该转入gloss的mipmap中去。
所以做出来的gloss就要考虑normal map进去，mip做出来这样：
最后效果对比再贴下：
文中也给出了gloss对normal的经验值：
文中进一步给出了更精准的数学推理和做法，上图的表就比较有应用作用了。
blending细节normal的时候，再次提到经典blog：
https://blog.selfshadow.com/publications/blending-in-detail/
material surface occlusion
这里也是考虑得颇为细致，赞一个。
就是normalmap可以用来在材质级别上去生成ao&self shadow信息，并且重新思考了ao的shading方式。
normal map->ao做法上这个顺序
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normal map->heightmap
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heightmap->ao
ao的shading
这个是我们常用的shading ao的方式，可见的部分是一个亮度，被occluded的地方，就是黑的，但是这个和实际情况不符，occluded的地方也是有反射的。
这里可以考虑到旁边材质的间接反射：
这样就精准了。
[ 对比图可以看到右边更符合现实了 ]
ao的应用
最后ao也是用在了specular occlusion上面
multiscattering diffuse brdf
这是一个早期开发时候的图，文中发现左边比右边亮，这个不符合我们的常识，右边是向阳的，应该更亮才对呀。
这里进一步就引发了对光照模型的探索，中间是明确区分了specular和diffuse，这个导致了不够能量守恒。
能量守恒
正确方式：
所以我们要根据specular的能量反射来调整diffuse lighting的量。
这个specular lighting的反射如何测定（或者游戏中现实的方式去决定），作者使用的是EnvBRDF的table来做specular的能量测定方式。
multiple scattering diffuse brdf
另外作者也进一步引进了Heitz的做法。
考虑到了能量在macrofacet之间的反射，要进一步将scatter考虑进来。
这里就是对于光照模型的运用，贴下ref就好了
[Mat03] A Data-Driven Reflectance Model
[Brd12] BRDF Explorer
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▌Part3
"We shall PBR on the beaches, we shall PBR on the landing grounds, we shall PBR in the fields and in the streets, we shall PBR in the hills; we shall never Hack!!!"
前面聊了PBR的产生历史原因，逐步发展的更加正确完善数学模型，这里就是聊下PBR的应用广度。
早先我们所谈的PBR，更多的集中在典型的材质的反射模型，包括石头、金属、皮质等等，但这远不能完整的表达现实世界，更不能满足开发者的狂热幻想了。
我们可以看这些COD的材质所支持的：
[ 冰层的透射 ]
[ 旗子的准确opacity表达 ]
[ 枪表面非常复杂多样的材质 ]
所以游戏中PBR的继续发展方向之一就是，要在production限制（合理的开发效率和运行效率，我们始终不能脱离这点来谈任何东西）下，能够不断增强表达范围。
而且deferred shading这种比较限制表达的render pipeline看来要退出历史了。
这里我们可以结合siggraph17，由infinity ward带来的<Practical Multilayered Materials>
主要看点：
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更完善的材质属性和表达，包括了反射，透射和散射等
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更多层材质
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而且使用unified shading model
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整体向cg的方向在发展
details:
unified shader/parameter
activision这里的做法形式上是支持多种材质属性并且支持多层：
多属性
首先是将材质分成了三大类：
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surface: normal/roughness
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macro：density/thickness
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micro：材质的介质属性
实际光照模型对于这些属性进行一个完整支持，并且支持多层：
[ 上图中下面一列的部分都是多层材质的结果（涂油漆的木头等等） ]
activision做法是，就是一层层的计算，计算包括：
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光的absorption，scattering
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积累光照的结果
forward lighting+
这些放在一起，deferred shading就不给力了，forward lighting来处理这些复杂的材质计算。
deferred shading从07年killzone2的paper开始正式流行，到现在的PBR的阶段，预计是要逐渐退出历史舞台了。
material compiler
形式上更加趋近于电影的方式。
具体的技术细节
opacity计算
这里就是考虑到alpha和thickness
直接代码吧：
thin fim layer
thin film这里讲得是材质表面上盖得另外一层比较薄的一层，但是会影响光的wavelength的这种材质。
这种材质的表达，会很大的影响材质的表达能力
hmm推理过程套路就还是那些，要点是我们要知道有这么个东西，而从早期pbr过来的时候，这些概念还比较缺乏，而直接上movie industry的一套，取舍的研究要做很久，知道那个在实际游戏中用那个不用即可，细节直接看论文吧，贴下代码：
