PBR Metallic/Roughness工作流中Albedo与F0的计算方法

PBR Metallic/Roughness工作流中Albedo与F0的计算方法

首先简单回顾一下典型的纯金属与绝缘体的PBR属性：

• 纯金属：
  • Albedo(diff): 0
  • F0(spec): >0.3 (or 0.5, epic/allegorithmic etc.)
  • Metallic: 1
• 绝缘体：
  • Albedo(diff)：可为0-1
  • F0(spec)：0-0.08 (allegorithmic etc.), 典型值0.04
  • Metallic: 0

已知某材质的BaseColor、Metallic、SpecularScale(默认值0.5)，欲求其diff（albedo）与spec（F0），可用如下公式：

half DielectricSpecular = 0.08 * SpecularScale;
half3 DiffuseColor = BaseColor * (1 - Metallic);
half3 SpecularColor = DielectricSpecular * (1 - Metallic) + BaseColor * Metallic; 

可以看出：

• 对于纯金属而言： Metallic=1
  
  • DiffuseColor=0
  • SpecularColor = BaseColor
• 对于绝缘体而言： Metallic=0
  • DiffuseColor = BaseColor
  • SpecularColor = DielectricSpecular = 0.08 * SpecularScale（默认0.5）= 0.04（默认）
• 对于介于两者之间的半导体而言： Metallic=(0,1)
  
  • DiffuseColor = BaseColor * (1 - Metallic)
  • SpecularColor = DielectricSpecular * (1 - Metallic) + BaseColor * Metallic = 0.08 * SpecularScale * (1 - Metallic) + BaseColor * Metallic

由此可见：

1. 对于一张贴图而言，因为SpecularScale是统一指定的，所以对于其贴图中的绝缘体而言，其F0是统一的
2. 对于一般的半导体metallic情况，其spec为DielectricSpecular、BaseColor二者的lerp，但注意，其实F0位于0.08-0.3(or 0.5)之间的情况很少；而其diff则可用basecolor与(1-metallic)简单计算出来
3. 考虑一般的半导体metallic情况，DiffuseColor + SpecularColor=(BaseColor + DielectricSpecular) * (1 - Metallic) + BaseColor * Metallic，其中DielectricSpecular的最大值为0.08，而BaseColor、Metallic均位于(0,1)，但BaseColor=1、DielectricSpecular=0.08且Metallic=0时，整个式子最大值为1.08，基本能量守恒