在现代三维图形渲染领域，为了追求极致的真实感，物理渲染（Physically Based Rendering, PBR）已成为主流标准。而PBR贴图，则是实现这一目标的核心要素。它与传统贴图不同，旨在模拟真实世界中光线与物体表面的交互方式，让三维模型在不同光照环境下都能呈现出更具说服力的视觉效果。
【pbr贴图】是什么？核心原理与纹理类型详解
PBR贴图是一系列纹理图像的集合，它们协同工作，为3D模型定义其物理属性，例如它如何反射或吸收光线、表面的粗糙程度、是否是金属等。与过去艺术家凭感觉绘制漫反射、高光等贴图不同，PBR贴图基于物理定律和材质的真实属性来工作，从而让渲染结果更加可预测和真实。
PBR贴图模拟的物理特性
- 能量守恒：光照射到表面，能量总量不会增加，只会发生反射、折射或吸收，这保证了材质的亮度在不同角度和光照下更加合理。
- 菲涅尔效应（Fresnel Effect）：光线以掠射角（接近平行表面）照射时，反射会变得更强，这是PBR贴图会考虑到的一个重要现象。
- 微表面细节：通过粗糙度等贴图，模拟材质表面的微观结构，这直接影响了反射的光线是集中还是分散。
PBR工作流中常见的纹理类型
虽然不同的软件和引擎可能会使用略有不同的命名或组合，但以下几种是PBR工作流中最核心、最常见的纹理类型：
1. 反照率贴图（Albedo Map / Base Color Map）
用途： 定义材质本身的颜色（不包含任何光照或阴影信息）。它表示当光线照射到表面时，有多少颜色会被散射回来。
外观： 通常是一张彩色图像，看起来像是将物体的颜色“拍平”了，没有明显的光照、阴影或高光。对于非金属材质，这是其固有色；对于金属材质，这张贴图通常表示的是金属的颜色（如果是Base Color工作流）或者纯黑色（如果是Metalness工作流）。
注意事项： 不应该在反照率贴图中绘制环境光遮蔽（AO）或高光。
2. 金属度贴图（Metallic Map）
用途： 定义材质的哪些部分是金属，哪些部分是非金属（电介质）。金属和非金属在反射光线的方式上存在根本差异。
外观： 通常是一张灰度图像。金属部分通常是白色（值接近1），非金属部分通常是黑色（值接近0）。介于0和1之间的值表示混合材质（如生锈的金属），但在标准的PBR工作流中，材质通常被认为是完全金属或完全非金属。
工作流： 这是Metalness/Roughness工作流的关键贴图。
3. 粗糙度贴图（Roughness Map）
用途： 定义材质表面的微观粗糙程度。它控制了反射光线的扩散程度。
外观： 通常是一张灰度图像。值越高（越接近白色），表面越粗糙，反射越模糊、越弥散；值越低（越接近黑色），表面越光滑，反射越清晰、越锐利（呈现镜面效果）。
注意： 有时也会使用其反向的“光泽度贴图（Glossiness Map）”，但两者的信息是相反的。PBR标准倾向于使用Roughness。
4. 法线贴图（Normal Map）
用途： 模拟表面细节的凹凸感，而无需增加模型的几何体顶点数量。它存储了表面每个点的法线方向信息。
外观： 通常是一张带有奇特蓝紫色调的彩色图像。这些颜色编码了每个像素点相对于模型表面法线的方向偏移。
好处： 大大减少了模型面数，同时在视觉上极大地增强了细节。
5. 环境光遮蔽贴图（Ambient Occlusion Map / AO Map）
用途： 模拟模型中凹陷、缝隙或相互靠近的区域阻挡环境光的能力。这有助于增加模型的深度感和细节。
外观： 一张灰度图像。较暗的区域表示被遮挡的部分（如缝隙深处），较亮的区域表示暴露在环境光下的部分。
注意事项： 虽然不是严格意义上的物理属性，但在PBR渲染中广泛使用，可以作为对环境光照的一种烘焙补充，但高质量的PBR渲染器本身会计算实时的环境光遮蔽。AO贴图通常用于烘焙的或静态的场景光照中。
其他常用或有用的贴图：
- 高度贴图（Height Map）/ 置换贴图（Displacement Map）： 用于在渲染时或几何体处理时实际改变模型表面的顶点位置，产生真实的几何体凹凸，而非仅仅模拟光照。置换贴图比高度贴图更复杂，可以沿着法线方向进行位移。
- 自发光贴图（Emissive Map）： 定义模型表面哪些部分会自己发光，不受场景光源影响（如屏幕、灯泡等）。
- 透明度贴图（Opacity Map）/ 切割贴图（Cutout Map）： 定义模型哪些部分是透明的，哪些是完全不透明的（用于镂空效果）。
理解这些贴图的作用是掌握PBR的关键。
【pbr贴图】为什么使用？优势与必要性
在现代3D图形工作流程中，使用PBR贴图几乎是强制性的，主要原因在于其带来的巨大优势：
- 更高的真实感： 这是最直接的优势。PBR通过模拟真实物理定律，使得材质在视觉上更加可信。无论是金属、塑料、木头还是布料，都能呈现出符合其物理特性的光影效果。
- 不同光照下的一致性： 传统贴图在一种光照环境下看起来很好，换个光照环境效果可能就完全不对了。PBR贴图描述的是材质本身的属性，因此在遵守物理规律的光照系统中，无论场景光源如何变化，材质的表现都会保持一致和合理，极大地减少了不同场景下的调优工作。
- 简化材质创作和共享： 由于基于物理属性，材质的创作过程变得更加标准化和流程化。艺术家可以更专注于定义材质的物理特性，而不是“画”出特定光照下的样子。创建的PBR材质资源可以在不同PBR兼容的软件和引擎之间轻松共享，效果也相对稳定。
- 适应未来的渲染技术： 随着实时光线追踪等更先进渲染技术的发展，PBR材质更能充分利用这些技术的优势，产生更加逼真的交互式渲染效果。
简而言之，PBR贴图使得3D资产的创建和渲染从“看起来像”特定光照下的物体，转变为描述“它是什么”材质的物体。这种转变是现代三维图形实现照片级真实感的基石。
【pbr贴图】如何创建？方法与软件
创建PBR贴图是一个复杂但非常有创造性的过程。主要有几种方法：
主要的创建方法
- 手绘/程序化结合： 这是目前最主流的方法。艺术家使用专业的纹理绘制软件，结合手绘、图章、滤镜以及程序化生成技术来创建各种贴图。
- 基于照片（Photogrammetry）/扫描： 通过拍摄真实世界物体的多张照片，使用软件（如RealityCapture, Meshroom）重建其三维模型和纹理，然后对纹理进行处理，生成PBR贴图。或者使用专门的纹理扫描仪扫描平面材质。这种方法能捕捉到真实世界的复杂细节。
- 过程纹理生成： 使用程序化纹理软件（如Substance Designer）完全通过节点连接和算法来生成纹理，不依赖外部图像。这种方法生成的纹理分辨率无关，易于调整和变化。
常用软件工具
- Substance 3D Painter (Adobe)： 业界标准的PBR纹理绘制软件。直接在3D模型上绘制，支持智能蒙版、滤镜、生成器等，可以同时导出各种PBR贴图通道。极大地提高了工作效率。
- Substance 3D Designer (Adobe)： 强大的程序化纹理创建软件。通过基于节点的非破坏性工作流程，可以从零开始创建复杂的、分辨率无关的材质，包括所有PBR贴图。
- Substance 3D Sampler (Adobe，原Substance Alchemist)： 用于处理和转换照片或扫描数据为PBR材质的工具。
- Quixel Mixer (Epic Games)： 一款免费的材质混合工具，可以将扫描数据、照片、程序化层等混合生成复杂的PBR材质。与Quixel Megascans资源库深度整合。
- Adobe Photoshop： 虽然不是专门为PBR设计，但结合插件和手动技巧，Photoshop仍然是处理、修改和创建部分PBR贴图（如Albedo、修改Normal等）的有力工具。
- Mari (Foundry)： 高端的3D绘制软件，常用于电影级资产的纹理绘制，支持处理极高分辨率的贴图。
- Mudbox (Autodesk) / ZBrush (Maxon)： 这些雕刻软件可以用来烘焙法线贴图、AO贴图等信息，然后导出到纹ure软件中进一步处理。
通常，艺术家会结合使用多种软件来完成PBR贴图的创建。
【pbr贴图】如何应用到3D模型？工作流程
将创建好的PBR贴图应用到3D模型通常在三维软件或游戏引擎中完成。基本流程是：
- 导入模型和贴图： 将准备好的3D模型（通常是带有UV坐标的OBJ、FBX等格式）和所有PBR贴图文件（如.png, .jpg, .tga等格式）导入到你的3D软件或引擎中。
- 创建材质： 在软件中创建一个新的材质球（Material/Shader）。确保选择一个支持PBR工作流的材质类型（例如，许多软件中有专门的“PBR Material”或使用基于物理的光照模型）。
-
连接贴图到材质通道： 将导入的贴图文件连接到材质球对应的输入通道。这是最关键的一步。
- 反照率贴图 (Albedo/Base Color) 连接到 Base Color 或 Albedo 通道。
- 金属度贴图 (Metallic) 连接到 Metallic 通道。
- 粗糙度贴图 (Roughness) 连接到 Roughness 通道。
- 法线贴图 (Normal) 连接到 Normal Map 或 Normal 通道。注意可能需要选择正确的法线贴图格式（OpenGL或DirectX，取决于你的软件/引擎）。
- 环境光遮蔽贴图 (Ambient Occlusion) 通常连接到 Ambient Occlusion 或与之相关的通道。
- 其他贴图如 Height/Displacement, Emissive, Opacity 等连接到对应的通道。
重要： 确保颜色空间的设置正确。Albedo、Emissive 等贴图通常是sRGB颜色空间，而 Metallic、Roughness、Normal、AO 等贴图通常是线性（Linear）或Raw颜色空间，不应该进行伽马校正。软件通常会自动处理，但了解这一点有助于排除问题。
工作流匹配： 确认软件/引擎使用的是Metalness/Roughness工作流还是Specular/Glossiness工作流，并使用对应工作流的贴图。虽然可以相互转换，但最好使用与目标渲染环境匹配的贴图。
- 调整材质参数： 除了贴图，材质球通常还有一些全局参数可以调整，例如金属度/粗糙度的整体强度、法线贴图的强度、环境光遮蔽的混合方式等。根据需要进行微调。
- 将材质赋给模型： 将创建并设置好的材质球赋给3D模型或模型的特定部分。
- 设置光照环境： 为了正确预览PBR材质的效果，场景中需要有合适的、基于物理的光照环境，例如HDRI（高动态范围图像）天空盒、物理光源等。
完成以上步骤后，模型在渲染视图中就应该呈现出逼真的PBR效果了。
【pbr贴图】哪里可以找到？资源平台推荐
获取PBR贴图的途径有很多，从免费到付费，从扫描到程序化，选择非常丰富：
免费PBR贴图资源
- Poly Haven (原 Texture Haven)： 提供大量高质量、CC0（公共领域）许可的免费PBR材质、HDRI和模型。材质通常包含完整的PBR贴图集，分辨率可选择。
- ambientCG (原 CC0 Textures)： 另一个提供高质量CC0许可PBR纹理的优秀网站，资源种类丰富，更新频繁。
- ShareTextures： 提供大量免费PBR纹理，质量也不错。
- 3DAssets.one： 聚合了许多免费3D资源网站的链接，包括PBR贴图。
付费/商业PBR贴图资源
- Quixel Megascans (Epic Games)： 业界领先的超高质量扫描资源库，包含海量PBR材质、3D资产和植被。通过Epic Games账号对虚幻引擎用户免费，其他软件用户需要订阅。
- Adobe Substance 3D Assets (原 Substance Source)： Adobe提供的PBR材质库，包含大量程序化生成的、高质量的PBR材质，可高度定制。需要Substance订阅。
- ArtStation Marketplace： 许多艺术家在上面出售自己创作的PBR材质、纹理包或智能材质。质量参差不齐，但可以找到很多独特资源。
- CGTrader / Sketchfab / Gumroad： 这些平台上有许多独立的3D艺术家和工作室出售他们的PBR材质和资产。
- Texture Supply： 提供高质量的PBR材质和纹理。
- Poliigon： 由CG艺术家创建的PBR纹理库，资源质量高，需要付费订阅或购买单项。
此外，如前所述，你也可以使用软件自己创建独特的PBR贴图。
【pbr贴图】成本是多少？价格范围
PBR贴图的成本差异巨大，取决于获取途径、质量、分辨率和许可方式：
- 免费资源： 许多网站提供完全免费（如CC0许可）的PBR贴图。这些资源质量不断提高，对于学习、个人项目或预算有限的项目来说是非常好的选择。成本主要是下载时间和组织管理的时间。
- 单次购买： 在ArtStation Marketplace、CGTrader等平台，许多材质是以单个资产包的形式出售的。价格从几美元到几十甚至上百美元不等，取决于贴图的分辨率、数量、独特性、作者的知名度以及是否包含额外的文件（如Substance源文件）。
-
订阅服务： Quixel Megascans和Adobe Substance 3D Assets主要通过订阅模式提供资源。
- Quixel Megascans对虚幻引擎用户是免费的。对其他引擎或软件用户，个人订阅通常每月费用在十几到几十美元，团队或企业订阅费用更高，取决于使用人数和下载额度。
- Adobe Substance 3D Assets包含在Substance 3D Collection订阅中，个人订阅通常每月费用在几十美元，包含 Substance Painter, Designer, Sampler 等软件的使用权以及 Assets 库的下载额度。
订阅模式适合需要大量不同类型材质、持续创作或团队协作的用户，分摊到单个材质的成本可能较低。
- 定制或扫描服务： 如果需要非常特定的、独一无二的材质（例如某个特定建筑表面的纹理），可能需要聘请艺术家进行定制创建，或者进行专业的扫描服务。这种成本是最高的，通常按项目或工作量计费，可能从几百到几千甚至上万美元不等。
因此，PBR贴图的成本范围非常广，从零花费到高昂的专业服务费都有可能。
总而言之，PBR贴图是现代3D渲染中不可或缺的基础。理解它是什么（物理原理和各种贴图的作用）、为什么使用它（真实性与一致性）、如何创建和应用它（方法、软件与流程）、以及哪里获取和多少成本（资源平台与价格）是成为一名合格3D艺术家的重要一步。掌握PBR工作流，能够显著提升你的三维作品的质量和专业度。