基于PBR技術在建筑可視化中畫面表現的研究

摘要：建筑可視化技術日新月異的發展，從最初的通過紙和筆來進行建筑的繪畫性描述，發展到計算機輔助設計技術，新的技術像浪潮一樣不斷地沖擊著整個建筑表現行業。本文圍繞著PBR技術在建筑可視化中質感表現的運用展開，通過對PBR技術的闡述，研究其優點和技術限制，得出相應的解決方法和運用技巧。

關鍵詞：PBR技術、建筑可視化、畫面表現

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自己的設計和想法，要簡單清晰地呈現建筑的所有線條、形狀、尺寸、大小和位置。在20世紀90年代，隨著工業從紙張向計算機輔助設計技術的發展，虛擬展示技術也被加入了進來，新的技術對建筑可視化行業產生了巨大的推動力，本文就會圍繞著PBR技術在建筑可視化中質感表現的運用展開。

一、什么是PBR技術？

基于物理的渲染技術，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技術正式進入實時渲染領域。

在SIGGRAPH2010大會上，再次組織一個關于PBR技術的專場：SIGGRAPH2010Course：Physically-BasedShadingModelsinFilmandGameProduction。演講的內容更是轟動了整個業界，PBR技術逐漸成為動漫材質渲染、游戲等行業中的技術主流，并逐漸在建筑可視化領域嶄露頭角。

二、PBR技術在建筑可視化畫面表現中的應用

使用計算機輔助技術進行建筑可視化創作的時候，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，就能為設計師和客戶等不同人群提供更優質的視覺傳達。

PBR技術利用接近于真實世界物理三維表面計算的數學公式，用三維環境把二維圖像轉化成真實的畫面效果。材質表現可以根據幾何表面特性、材質和打光的不同，可能產生寫實或者非寫實的效果。

1、PBR技術在建筑可視化表現的基礎

（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出的光照。

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

（3）著色模型（shading）：光與表面相交時發生的光學交互，比如反射和折射等，所有著色相關的數據匯總成一個材質對象，每個物體表面都需要一個材質對象，以便決定光在經過物體表面時應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，對景深效果的實現方式，對全景繪制的支持，是否支持運動模糊技術等。

2、PBR技術的優勢

（1）材質的調節參數基于物理渲染，畫面表現更真實，創作者可以根據真實世界中的材質表現調節參數，而不是通過龐大的模擬數據進行一次次的實驗來得出，這就是PBR技術的最大優勢。

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

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

3、PBR技術的限制

（1）技術掌握難度較大，新的工作流方式和新的參數設置讓原本已經習慣傳統技術并已具備完整知識體系的技術人員，理解PBR材質技術具有一定難度，既有的材質調解經驗和參數對于PBR流程的參數調節上幾乎沒有任何幫助。

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

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

總結：PBR技術將愈發廣泛的應用于建筑可視化的畫面表現中，極大地提高畫面表現效果，同時降低工作難度和強度，使得學習門檻進一步降低，但是PBR技術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，避免過多表現透明材質和SSS材質等方法來解決PBR技術軟肋。

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

參考文獻：

[1]何三林.PBR的優點〔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、數字媒體應用技術專業教學。