詳解 Three.js PBR 物理渲染

Three.js 是一個(gè)流行的基于 WebGL 的 JavaScript 庫，專門用于創(chuàng)建和運(yùn)行三維動(dòng)畫和游戲。其中很關(guān)鍵的一部分是物理渲染（PBR）。本文將深入探討 Three.js 的 PBR 渲染，并為初學(xué)者提供實(shí)用的指導(dǎo)。

什么是 PBR？

傳統(tǒng)的渲染技術(shù)通常使用 ad hoc 光照模型，但這種方法存在一些問題。例如，在不同的光照條件下，材料的外觀可能會(huì)發(fā)生變化。PBR 算法通過使用更真實(shí)的材質(zhì)屬性、光照計(jì)算和環(huán)境地圖來模擬材料與現(xiàn)實(shí)世界之間的相互作用。這使得渲染的結(jié)果更加逼真，同時(shí)也更容易管理。

如何啟用 PBR？

要在 Three.js 中使用 PBR，需要在渲染器中開啟 physicallyCorrectLights 屬性。這告訴 Three.js 你正在使用 PBR 渲染。在設(shè)置材料時(shí)，可以使用 MeshStandardMaterial 或 MeshPhysicalMaterial 來啟用 PBR 特性。

// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.physicallyCorrectLights = true;// 創(chuàng)建材料
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({color: 0xffffff,metalness: 1, // 金屬度roughness: 0.5 // 粗糙度
});// 創(chuàng)建物體并應(yīng)用材料
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(sphere);

上面的示例使用了 MeshStandardMaterial，但是 MeshPhysicalMaterial 更強(qiáng)大。它允許更高級(jí)的屬性，如透明度、折射率和環(huán)境映射。

PBR 的屬性

PBR 將材料視為具有多個(gè)屬性的物理對(duì)象。以下是一些常見的 PBR 屬性：

顏色（color）

這是材料的基本顏色。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0xffffff });

金屬度（metalness）

這決定了材料是金屬還是非金屬。金屬材質(zhì)反射光線，而非金屬材質(zhì)則散射光線。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ metalness: 1 });

粗糙度（roughness）

這決定了材質(zhì)表面的粗糙程度。值越低，表面就越光滑。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ roughness: 0.5 });

折射率（refractionRatio）

這決定了在不同介質(zhì)中進(jìn)入該材料時(shí)的光的彎曲程度。

const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({ refractionRatio: 0.5 });

透明度和透明度映射

這決定了材料有多少透明度，并提供一個(gè)透明度貼圖。

const material = new THREE.MeshStandardMaterial({transparent: true,alphaMap: alphaTexture
});

環(huán)境映射（environmentMap）

這是將天空盒或球面相機(jī)紋理應(yīng)用到材質(zhì)上的一種方法，從而使其反射環(huán)境中的顏色。

const envMap = new THREE.TextureLoader().load('path/to/envmap.jpg');
const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({ envMap: envMap });

總結(jié)

PBR 是 Three.js 中非常強(qiáng)大的功能之一。它可以讓開發(fā)者創(chuàng)建更逼真的場景，使用戶獲得更好的體驗(yàn)。在實(shí)際操作使用 PBR 時(shí)要注意材質(zhì)屬性的設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)你所期望的效果。而且，PBR 的實(shí)現(xiàn)需要大量的計(jì)算和復(fù)雜的紋理，因此在較老的設(shè)備上可能會(huì)出現(xiàn)性能問題。但是，如果使用得當(dāng)，PBR 可以為您的 Three.js 應(yīng)用程序提供令人驚嘆的視覺效果。

除了 PBR 之外，Three.js 還有許多其他的渲染技術(shù)和功能。例如，您可以使用陰影貼圖來添加動(dòng)態(tài)陰影效果，或者使用法線貼圖來增強(qiáng)幾何細(xì)節(jié)。您還可以在 Three.js 中使用后期處理效果，例如屏幕空間環(huán)境光遮蔽（SSAO）和景深效果。

下一篇文章我將介紹SSAO。