怎么让游戏越来越真？PBR贴图是怎么做到的？

之前在三渲二的那期里聊过，国内3D二游现在把 

和 

两种渲染方式结合在一起，脸还是二次元的风格，但身体朝着写实往死里卷。

终末地从三测开始，被大家关注最多的就是这个湿身的效果，这也是PBR卷材质和细节之后，再增加的细节。皮制和亚克力材质上水珠凝结，布料和毛衣湿了之后颜色有一点变化，丝袜颜色变深和一些水煮流下去，美术真是对现实世界有着很细致的观察…

是

缩写，“按物理规律计算光照的渲染方式”，那我们就要先从现实世界复习一下物理规律，我们为什么能靠眼睛区分出不同的材质。

现实世界中我们能看见一个东西，是因为光源发出的光，照到物体上，经过物体表面的反射、内部的透射和折射，最终一部分光会被我们眼睛接收，那就是我们看到的物体。不同的材质决定了光源经过物体反射折射的光线不同。

模型做好就是白模，本来是没有颜色和材质。贴图就是给模型糊上一层有颜色的皮，就类似礼物盒外面包的一层包装纸。

早期游戏开发者就是直接把各种材质和细节画到贴图上，纯靠手搓。早期的魔兽世界，很多就是这种手绘贴图。但受限于当时的机能，电脑能跑的模型面数很少，棱角分明，就像是那种纸糊的小人。

这种手绘贴图已经算是游戏行业早期的解题思路，现在需要特殊风格化的表现，手绘贴图还是有很强的优势，比如双城之战的手绘笔触，原神的手绘感贴图。

但想要让游戏画面更真实，纯靠手搓表现力已经不够看了，一旦细看就会发现，糊在3D模型上的画，这些沟沟坎坎，其实都是画出来的一个平面。画面细节多和性能优化一直都是一对苦命鸳鸯，每当出现这种两难选项的时候，就会有人搞成新的技术解决问题——面不能增加，那就增加贴图！一层贴图不够就再加一层！

之前在三渲二的视频里讲过一次，

对三渲二描边的帮助有多大，法线就是一条虚拟完全垂直于这个面的一条线。

在游戏开发里，这条线的用处还有非常多，模型精度越高那模型的面数就会越多，在模型上每一个面都有一条法线。

有人想到了：游戏引擎是靠法线和光线角度，来判断应该给模型什么样的光照强度和反射效果。我们能不能不要面，只留下法线记录的信息。

法线贴图拉近看，不会像手绘贴图侧面看就是平的，因为法线变了，光照的结果跟着变，表面看上去就是凹凸不平的。所以很多我们看上去是这样的角色，实际上模型是这样。让低模看上去像高模，但还是低模的性能。

《战争机器》就是比较早期使用法线贴图的商业作品，画面细节在当年确实是非常惊艳。现在再看那时的游戏，虽然凹凸细节增加了，但材质效果还是不够真实，怎么办？聪明的你应该想到了，继续加贴图！

其实PBR是一套可以加到8张贴图的游戏美术工作流，它让游戏材质光影看上去更真实了！卡普空13年发布的《勿忘我》，就算是商业游戏中第一个吃螃蟹，是在虚化3中魔改出了基于物理的渲染。

但其实牵头这场“PBR革命”还是影视行业，背后的头号功臣其实是 迪士尼动画工作室。2012 年，迪士尼的大神 Brent Burley 在 计算机图形学行业大会SIGGRAPH 上做了一个著名的分享《Physically-based shading at Disney》。这在电影和游戏圈简直是投下了重磅炸弹，从此以后，PBR才正式进入大众的视野，渐渐被电影和游戏业界广泛使用。

2013年开始主流游戏引擎也纷纷开启了“大迁徙”，集体转战 PBR ：虚幻引擎 4（UE4） 在SIGGRAPH上亮出了《Real shading in unreal engine 4》。14 年，寒霜引擎（Frostbite） 官宣全面倒向物理渲染。同年的 GDC 大会上，Unity 也推出了自己的物理着色方案。

相比传统手绘贴图材质，PBR的核心思路就是通过几个参数“滑块”来控制材质，还原真实材质的物理特性。

游戏美术制作的材质贴图，分别对应着几个不同的参数，单看原始的贴图文件，像是黑白的雪花电视噪点，让人看不懂，但用这四张图叠加就能还原出大部分的材质了。

不同的基础色也决定了物体本身吸收多少比例的光，有多少能反射出去，越黑的物体吸收得多，反射得少，所以看起来是更黑。如果是金属材质则会决定反射回去光的颜色。

那在 PBR 里，这种

和

的材质到底是如何实现的？这里就要提一个重要的概念： 

：它假设任何表面都是由无数微小的“镜面”组成。

当 

 较低时，这些微表面方向接近一致，光线集中反射，高光清晰而锋利；而当 

 提高，微表面方向变得杂乱，光线被分散到更大的范围内，高光不是消失，而是扩散模糊了。

但引擎不可能真的算几百万个微表面，电脑要直接爆炸，所以就用一个数学函数（法线分布函数（NDF））来统计模拟微表面法线朝向的概率，纯数学上的计算了。

说回之前卡通渲染那期提过的重要概念——

。只要知道法线的朝向，就能通过计算光源和法线的角度，就能算出这个微表面反射的光线朝向哪。

法线分布函数（NDF）描述的是一个表面上，微表面所有法线朝向的统计分布。它决定了有多少微表面能够将光线反射到观察方向（摄像机），从而直接决定高光的大小、形状和亮度。

物理世界中金属（导电材料）和非金属（绝缘材料）反射光子的方式也非常不同，这也是产生菲涅耳效应的原因。

非金属材质随着光子入射角度逐渐接近法线，反射率会逐渐减少，也就是越接近垂直，光子被吸收的越多，不同的非金属材料吸收的比例也不一样。而金属导电材质则是会把任何角度射入的大部分光子反弹回去，像是弹弓，不同的金属能反弹的光波长不一样，这就是为什么金属的高光有不同颜色。

我们在现实世界中仔细观察会发现：水面对远处景物的反射通常更加清晰，而靠近视线的水面反而几乎没有反射，甚至能直接看到水底。这是因为光线在不同入射角下会受到 菲涅耳效应的影响，入射角越大，反射越强。

这种光反射的现象也就是菲涅尔效应，这也解释了为什么光滑物体的边缘容易看到一圈反光，因为入射角度大。PBR就是模拟了这些物理规律来进行渲染，才让材质看起来那么真实。

上面提到的粗糙度和金属度的数值，呈现在贴图上，就是从黑到白的单通道灰度图。粗糙度贴图中黑色代表非常粗糙，白色代表非常光滑。而金属度贴图中，黑色代表没有金属度，也就是没有金属的材质特性，白色代表金属度高，能反射所有的光子，所以拉满金属度后看起来也像是镜子一样。

很多贴图中雪花效果，其实是代表从0到1的粗糙度、金属度参数，在模型贴图上的变化，这也让物体有了斑驳的质感，看起来更加真实。

2025年是一个游戏关服大合集，虽然有永久月卡这种一眼跑路的选手，也有完全看不出来哪里有问题就突然关服令人惋惜。早些年我们一直都说，二游只要立绘大牌声优精美，剧情上再好一点，怎么都能赚到钱。但是从今年开始，这套玩法彻底失效了。在年底的时候我们复盘，除了团队内斗、作死运营、资金链断裂、投资人撤资这些原因之外，今年很多关服的手游在美术上的水平可以说都是相当不错，一些中小厂商独特的美术风格也是相当的吸引人。

但想靠之前的这一招鲜吃遍天已经几乎不可能了。国内厂商大逃杀的下一阶段，要有更加精品化的内容，更便宜的付费模式，更注重玩家游戏体验和运营策略。优秀的美术只能是入场的门槛，终末地这样的湿身效果，可能只是接下来二游大逃杀未来的前菜，NPR+PBR这种可以卷出更多五花八门细节的作品，今后会越来越多。