Unity面试题 每日5题 06补充

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由浅入深学习PBR的原理和实现

目录

• 一. 前言
  • 1.1 本文动机
  • 1.2 PBR知识体系
  • 1.3 本文内容及特点
• 二. 初阶：PBR基本认知和应用
  • 2.1 PBR的基本介绍
    • 2.1.1 PBR概念
    • 2.1.2 与物理渲染的差别
    • 2.1.3 PBR的特征
  • 2.2 PBR的衍变历史
    • 2.2.1 Lambert（1760年）
    • 2.2.2 Smith（1967年）
    • 2.2.3 Phong（1973年）
    • 2.2.4 Cook-Torrance（1982年）
    • 2.2.5 Oren Nayarh（1994年）
    • 2.2.6 Schlick（1994年）
    • 2.2.7 GGX（2007年）
    • 2.2.8 迪斯尼原则的BRDF（Disney principled BRDF, 2012年)
    • 2.2.9 现阶段的BxDF（2019年）
  • 2.3 PBR的应用领域
  • 2.4 PBR在游戏引擎的应用
    • 2.4.1 Unreal Engine 4的PBR
    • 2.4.2 Unity的PBR
• 三. 中阶：PBR基本原理和实现
  • 3.1 PBR基础理论和推导
    • 3.1.1 微平面（Microfacet）
    • 3.1.2 能量守恒（Energy Conservation）
    • 3.1.3 反射方程（Reflectance Equation）
    • 3.1.4 双向反射分布函数（BRDF）
      • 3.1.4.1 DD(Normal Distribution Function，NDF)
      • 3.1.4.2 FF(Fresnel equation)
      • 3.1.4.3 GG(Geometry function)
      • 3.1.4.4 Cook-Torrance反射方程(Cook-Torrance reflectance equation)
    • 3.1.5 制作PBR材质
  • 3.2 PBR的光照实现
    • 3.2.1 辐照度计算
    • 3.2.2 PBR表面模型（ PBR surface model）
      • 3.2.2.1 直接光照（Direct lighting）
      • 3.2.2.2 线性和HDR渲染（ Linear and HDR rendering）
      • 3.2.2.3 完整的PBR直接光照着色器
    • 3.2.3 使用纹理的PBR（Textured PBR）
  • 3.3 基于图像的光照（Image Based Lighting，IBL）
    • 3.3.1 漫反射辐照度（Diffuse irradiance）
      • 3.3.1.1 球体图（Equirectangular map）
      • 3.3.1.2 从球体图到立方体图
      • 3.3.1.3 PBR和非直接辐射度光照（indirect irradiance lighting）
    • 3.3.2 镜面的IBL（Specular IBL）
    • 3.3.3 完整的IBL
• 四. 进阶：PBR核心理论和原理
  • 4.1 再论PBR核心理论
  • 4.2 光的性质
    • 4.2.1 光是什么？
    • 4.2.2 电磁频谱和可见光（Electromagnetic spectrum and visible light）
    • 4.2.3 人眼感知可见光原理
    • 4.2.4 光的来源
    • 4.2.5 光的理论
      • 4.2.5.1 光的粒子理论(Particle theory)
      • 4.2.5.2 光的波动理论(Wave theory)
      • 4.2.5.3 光的电磁理论(Electromagnetic theory)
      • 4.2.5.4 光的量子理论(Quantum theory)
      • 4.2.5.5 光的波粒二象性(Wave-particle duality)
    • 4.2.6 光的能量
  • 4.3 光学原理（Optics theory）
    • 4.3.1 光的反射（Reflection）
    • 4.3.2 光的折射（Refraction）
    • 4.3.3 光的散射（Scattering）
    • 4.3.4 光的色散（Dispersion）
    • 4.3.5 光的吸收（Absorption）
    • 4.3.6 光的衍射（Diffraction）
    • 4.3.7 光的叠加和干涉（Superposition and interference）
    • 4.3.8 光的偏振（Polarization）
  • 4.4 几何光学（Geometry optics）
    • 4.4.1 反射定律（Law of Reflection）
    • 4.4.2 折射定律（Law of Refraction）
    • 4.4.3 几何光学的其它定律
  • 4.5 物质理论
    • 4.5.1 物质是什么？
    • 4.5.2 物质结构
    • 4.5.3 物质形态
    • 4.5.4 物质属性
      • 4.5.4.1 导电性
      • 4.5.4.2 粗糙度
      • 4.5.4.3 透光性
      • 4.5.4.4 各向性
  • 4.6 能量理论
    • 4.6.1 能量是什么？
    • 4.6.2 能量类型
    • 4.6.3 能量转化
    • 4.6.4 质能等值
    • 4.6.5 能量守恒(Conservation of energy)
  • 4.7 PBR与光学
    • 4.7.1 光谱能量分布（SPD）
    • 4.7.2 物质与光交互
    • 4.7.3 BxDF
• 五. 高阶：PBR关联理论和推导
  • 5.1 微积分（Calculus）
    • 5.1.1 微分（Differentiation）
      • 5.1.1.1 函数极限（Functional Limit）
      • 5.1.1.2 导数（Derivative）
      • 5.1.1.3 微分（Differentiation）
    • 5.1.2 积分（Integration）
      • 5.1.2.1 不定积分（Indefinite integration）
      • 5.1.2.2 定积分（Definite integration）
  • 5.2 辐射度量（Radiometry，Radiation Measure）
    • 5.2.1 立体角（Solid Angle）
    • 5.2.2 辐射强度（Radiant Intensity）
    • 5.2.3 辐射率（Radiance）
  • 5.3 公式推导
    • 5.3.1 麦克斯韦方程组（Maxwell's equations）
      • 5.3.1.1 高斯定律（Gauss' law）
      • 5.3.1.2 高斯磁定律（Gauss's law for magnetism）
      • 5.3.1.3 法拉第定律（Faraday's law）
      • 5.3.1.4 麦克斯韦-安培定律（Ampère's law with Maxwell's addition）
    • 5.3.2 几何光学基本定律的推导
    • 5.3.3 Cook-Torrance BRDF推导
  • 5.4 预计算技术
    • 5.4.1 立方体图卷积（Cubemap convolution）
    • 5.4.2 预过滤HDR环境图（Pre-filtering HDR environment map）
      • 5.4.2.1 蒙特卡洛（Monte Carlo）积分和重要性采样（Importance sampling）
      • 5.4.2.2 低差异序列（Low-discrepancy sequence）
      • 5.4.2.3 GGX重要性采样（GGX Importance sampling）
      • 5.4.2.3 预过滤卷积瑕疵
    • 5.4.3 预计算BRDF
  • 5.5 PBR的优化
    • 5.5.1 离线渲染优化
      • 5.5.1.1 积分公式优化
      • 5.5.1.2 硬件集成
      • 5.5.1.3 并行渲染
      • 5.5.1.4 分布式渲染
    • 5.5.2 实时渲染优化
      • 5.5.2.1 光照模型优化
      • 5.5.2.2 资源优化
      • 5.5.2.3 其它实时优化
    • 5.5.3 移动端优化
  • 5.6 PBR的未来
    • 5.6.1 基于纳米级别原理
    • 5.6.2 更精确的光照模型
    • 5.6.3 离线技术实时化
    • 5.6.4 新兴理论和技术
    • 5.6.5 更多应用领域
• 六. 后记
  • 6.1 辅助工具
    • 6.1.1 曲线工具
    • 6.1.2 作图工具
    • 6.1.3 写作工具
    • 6.1.4 BRDF Explorer
  • 6.2 更多资料
• 特别说明
• 参考文献