基于物理的渲染(PBR)在移動類GPU中變得越來越盛行。在本文中，我將簡要闡述PBR的概念和優缺點，并就如何使用PBR和延遲渲染在PowerVR GPU上運行提供相關建議。我還將展示如何在我們最新發布的OpenGL ES演示產品Dwarf Hall上使用PBR。

基于物理的渲染沒有精確的定義，它是一套可以遵循的準則，即在場景中如何以更科學直觀的方式完成渲染。鏡面光便是很好的例子。在PBR出現之前，許多圖形應用程序使用特定輸入如亮度值等作為材料參數。這個值的范圍可以從0開始到無窮大。我們需要從藝術的視角來審視不同的值，以確定哪個值呈現的效果最佳。

這種方式不太直觀，且會產生不同等級的品質。它還可能產生物理上不可能實現的結果，即輸出的光比輸入的光更多。且有了PBR渲染，藝術家和程序員可以更好地理解材料的輸入值。

基于圖像的照明

場景中的鏡面貢獻是一個重要的因素。一個點在空間場景中的鏡面貢獻（輻照度）是使用立方體貼圖來存儲的。可以使用離線渲染器來創建這些立方體貼圖。當應用程序運行期間需要對表面進行著色時，僅僅需要查看立方體貼圖的方位。

在我們的演示中，使用射線跟蹤器從演示空間的多個點中創建立方體貼圖。也使用立方體貼圖的MIP圖像來表示粗糙表面模糊及光滑的效果 (預過濾的輻照環境圖)。Sébastien Lagarde在他的博客中對這種方法進行過闡述。

空間中某個點的輻照度編碼過程被稱為基于圖像的照明，其通常與PBR相結合。我們還在后期處理效果中使用HDR來編碼這些輻照度值，并使用工具以高效的PVRTC格式進行存儲。

材料系統

PBR系統的輸入通常有幾個參數。將以下參數輸入演示：

?反照率顏色

?粗糙度(或平滑度)

?高光顏色

?切法線

這些輸入足以在PBR著色中生成畫質美觀的效果，且對于藝術家和程序員而言，生成的效果圖都直觀易懂。

Gamma

3D渲染的一大難點就是伽馬。有兩種主要的空間色彩：伽馬空間或線性空間。多數監視器或輸出設備均預計了伽馬空間的輸入。這里要注意的是粘合和錯誤的伽馬補償。

從高精度到低精度進行量子化并隨后對結果進行更多的計算時，會發生綁定。在這種情況下，我們要在保持高精度計算的同時進行補償，并盡可能晚地進行量化，以避免出現粘合。

輸入紋理是容易發生錯誤伽馬補償的主要區域。在對紋理進行取樣時，需要了解紋理存儲在哪個顏色空間并應用正確的伽馬補償。紋理過濾同樣需要考慮伽馬。在處理有效的PVRTC編碼紋理時，可以使用擴展文件EXT_pvrtc_sRGB。

延遲渲染

若希望在演示中有很多移動光的效果，則可以使用延遲渲染實現這一目標。在PBR渲染中進行同樣的輸入，并在G緩沖區進行如下布局：

RGB光積聚

F32深度

RGB切線法線

0 - 1粗糙度

RGB反照率

RGB高光顏色

0 - 1 Metallicness

Metallicness VS鏡面

如果假設所有的金屬都有相同的鏡面顏色且所有的電介質使用相同的漫射顏色，那么為縮小G緩沖區的大小而減少輸入數量是有可能的。這意味著材料的反射率顏色和高光顏色可以被存儲在相同的圖像中。這就是我們使用的“Metalicness”工作流，如下所示：

這是最后的G緩沖區布局，如下所示：

rgb10a2：光積聚

r32f：深度

rgba8：法線和粗糙度

rgba8：(反射率或反射)& metallicness

這非常符合PowerVR Series6目標設備中每像素可用的128位片上存儲。(注意，256位在Series6XT及其后的GPU中可用)。

后期處理

由于具有HDR格式的光積聚信息，因此繪制至后臺緩沖之前可以采用許多不同的后期處理效果。在演示中我們使用了：開花、色調映射、眩光和電影顆粒效果。許多基于物理的渲染都使用后期處理對圖像進行最后的藝術美化。

有效性