基于PBR技術(shù)在建筑可視化中畫面表現(xiàn)的研究

摘要：建筑可視化技術(shù)日新月異的發(fā)展，從最初的通過紙和筆來進行建筑的繪畫性描述，發(fā)展到計算機輔助設(shè)計技術(shù)，新的技術(shù)像浪潮一樣不斷地沖擊著整個建筑表現(xiàn)行業(yè)。本文圍繞著PBR技術(shù)在建筑可視化中質(zhì)感表現(xiàn)的運用展開，通過對PBR技術(shù)的闡述，研究其優(yōu)點和技術(shù)限制，得出相應(yīng)的解決方法和運用技巧。

關(guān)鍵詞：PBR技術(shù)、建筑可視化、畫面表現(xiàn)

建筑可視化這一名詞有著很悠久的歷史，建筑建成之前，建筑師只能通過紙和筆來表現(xiàn)自己的設(shè)計和想法，要簡單清晰地呈現(xiàn)建筑的所有線條、形狀、尺寸、大小和位置。在20世紀(jì)90年代，隨著工業(yè)從紙張向計算機輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，虛擬展示技術(shù)也被加入了進來，新的技術(shù)對建筑可視化行業(yè)產(chǎn)生了巨大的推動力，本文就會圍繞著PBR技術(shù)在建筑可視化中質(zhì)感表現(xiàn)的運用展開。

一、什么是PBR技術(shù)？

基于物理的渲染技術(shù)，即PBR，PhysicallyBasedRendering，最早來源于馬特·法爾在2004年《PhysicallyBasedRendering：FromTheoryToImplementation》一書中提出。2014年，此書的三位作者馬特.法爾、格雷戈.漢弗萊斯和帕特.漢拉漢獲得了第19屆奧斯卡金像獎科技成果獎。2006年的SIGGRAPH大會上納蒂·霍夫曼等人進行了一場名為：SIGGRAPH2006Course：Physically-BasedReflectanceforGames的專題演講，PBR技術(shù)正式進入實時渲染領(lǐng)域。

在SIGGRAPH2010大會上，再次組織一個關(guān)于PBR技術(shù)的專場：SIGGRAPH2010Course：Physically-BasedShadingModelsinFilmandGameProduction。演講的內(nèi)容更是轟動了整個業(yè)界，PBR技術(shù)逐漸成為動漫材質(zhì)渲染、游戲等行業(yè)中的技術(shù)主流，并逐漸在建筑可視化領(lǐng)域嶄露頭角。

二、PBR技術(shù)在建筑可視化畫面表現(xiàn)中的應(yīng)用

使用計算機輔助技術(shù)進行建筑可視化創(chuàng)作的時候，迫切需要一種更為直觀，更為明晰的展示方式。效果越真實，人們越能感同身受，就能為設(shè)計師和客戶等不同人群提供更優(yōu)質(zhì)的視覺傳達。

PBR技術(shù)利用接近于真實世界物理三維表面計算的數(shù)學(xué)公式，用三維環(huán)境把二維圖像轉(zhuǎn)化成真實的畫面效果。材質(zhì)表現(xiàn)可以根據(jù)幾何表面特性、材質(zhì)和打光的不同，可能產(chǎn)生寫實或者非寫實的效果。

1、PBR技術(shù)在建筑可視化表現(xiàn)的基礎(chǔ)

（1）光源（lighting）：例如是點光源，面積光源或者其它形式的光源，是使用輻射強度還是直接使用輻射亮度來表述光源發(fā)出的光照。

（2）光照傳輸（lighttransport）：表現(xiàn)的是光在場景中是怎么傳輸?shù)?，例如光線追蹤技術(shù)，它能比較真實模擬光的傳輸行為。

（3）著色模型（shading）：光與表面相交時發(fā)生的光學(xué)交互，比如反射和折射等，所有著色相關(guān)的數(shù)據(jù)匯總成一個材質(zhì)對象，每個物體表面都需要一個材質(zhì)對象，以便決定光在經(jīng)過物體表面時應(yīng)該如何對物體表面進行著色。

（4）攝像機模型（camera）：比如攝像機的投影方式，對景深效果的實現(xiàn)方式，對全景繪制的支持，是否支持運動模糊技術(shù)等。

2、PBR技術(shù)的優(yōu)勢

（1）材質(zhì)的調(diào)節(jié)參數(shù)基于物理渲染，畫面表現(xiàn)更真實，創(chuàng)作者可以根據(jù)真實世界中的材質(zhì)表現(xiàn)調(diào)節(jié)參數(shù)，而不是通過龐大的模擬數(shù)據(jù)進行一次次的實驗來得出，這就是PBR技術(shù)的最大優(yōu)勢。

（2）基于更為先進的WorkFlow，管理更簡單：PBR的工作流更加系統(tǒng)規(guī)范化，而且有許多成型的輔助工具和實驗測定的物理參數(shù)。并不需要藝術(shù)家不斷地憑著經(jīng)驗修改調(diào)整。

（3）數(shù)字資產(chǎn)可進行重復(fù)利用：因為PBR是基于真實的物理參數(shù)，所以按照它的工作流規(guī)范制作出來的模型、材質(zhì)，放在任何光照條件下都是正確的。也就是說，一套模型或者材質(zhì)可以重復(fù)使用。

3、PBR技術(shù)的限制

（1）技術(shù)掌握難度較大，新的工作流方式和新的參數(shù)設(shè)置讓原本已經(jīng)習(xí)慣傳統(tǒng)技術(shù)并已具備完整知識體系的技術(shù)人員，理解PBR材質(zhì)技術(shù)具有一定難度，既有的材質(zhì)調(diào)解經(jīng)驗和參數(shù)對于PBR流程的參數(shù)調(diào)節(jié)上幾乎沒有任何幫助。

（2）作品畫面表現(xiàn)風(fēng)格容易雷同，由于PBR技術(shù)的特點，好多基于Specular貼圖和Grunge貼圖的畫面表現(xiàn)，如果對參數(shù)進行濫用，則表現(xiàn)出的畫面會產(chǎn)生一種“油膩感”。

（3）材質(zhì)表現(xiàn)過于“偏科”，PBR技術(shù)在畫面表現(xiàn)上的優(yōu)勢在于“電介質(zhì)”和“金屬”這兩大材質(zhì)，主要由“Specular”和“Metallic”兩項參數(shù)決定。但是對于透明材質(zhì)和SSS材質(zhì)的支持就稍微欠缺了點，這個問題通過其他技術(shù)和技巧進行解決。

總結(jié)：PBR技術(shù)將愈發(fā)廣泛的應(yīng)用于建筑可視化的畫面表現(xiàn)中，極大地提高畫面表現(xiàn)效果，同時降低工作難度和強度，使得學(xué)習(xí)門檻進一步降低，但是PBR技術(shù)也才剛剛起步存在著許多問題，可以通過使用SubstancePainter等貼圖制作軟件進行紋理處理，然后使用Vray或者RenderMan等渲染器進行渲染;使用HDR技術(shù)解決物體反射，增加場景真實程度;通過鏡頭語言，避免過多表現(xiàn)透明材質(zhì)和SSS材質(zhì)等方法來解決PBR技術(shù)軟肋。

技術(shù)是不斷革新的，PBR技術(shù)也會根據(jù)市場的需求不斷完善，相信不久的將來，更為高效、真實和可參數(shù)化控制的建筑可視化技術(shù)給行業(yè)帶來新的沖擊。

參考文獻：

[1]何三林.PBR的優(yōu)點〔DB/OL〕.https：//blog.csdn.net/baidu_16312167/article/details/74911233

[2]李怡婷，PBR流程在引擎電影中的問題及解決途徑.[A].戲劇之家，2017（10）：99-100

作者簡介：李強，男，1981年出生，漢族，從事動漫制作技術(shù)、數(shù)字媒體應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)。