基于PBR技术在建筑可视化中画面表现的研究

摘要：建筑可视化技术日新月异的发展，从最初的通过纸和笔来进行建筑的绘画性描述，发展到计算机辅助设计技术，新的技术像浪潮一样不断地冲击着整个建筑表现行业。本文围绕着PBR技术在建筑可视化中质感表现的运用展开，通过对PBR技术的阐述，研究其优点和技术限制，得出相应的解决方法和运用技巧。

关键词：PBR技术、建筑可视化、画面表现

建筑可视化这一名词有着很悠久的历史，建筑建成之前，建筑师只能通过纸和笔来表现自己的设计和想法，要简单清晰地呈现建筑的所有线条、形状、尺寸、大小和位置。在20世纪90年代，随着工业从纸张向计算机辅助设计技术的发展，虚拟展示技术也被加入了进来，新的技术对建筑可视化行业产生了巨大的推动力，本文就会围绕着PBR技术在建筑可视化中质感表现的运用展开。

一、什么是PBR技术？

基于物理的渲染技术，即PBR，PhysicallyBasedRendering，最早来源于马特·法尔在2004年《PhysicallyBasedRendering：FromTheoryToImplementation》一书中提出。2014年，此书的三位作者马特.法尔、格雷戈.汉弗莱斯和帕特.汉拉汉获得了第19届奥斯卡金像奖科技成果奖。2006年的SIGGRAPH大会上纳蒂·霍夫曼等人进行了一场名为：SIGGRAPH2006Course：Physically-BasedReflectanceforGames的专题演讲，PBR技术正式进入实时渲染领域。

在SIGGRAPH2010大会上，再次组织一個关于PBR技术的专场：SIGGRAPH2010Course：Physically-BasedShadingModelsinFilmandGameProduction。演讲的内容更是轰动了整个业界，PBR技术逐渐成为动漫材质渲染、游戏等行业中的技术主流，并逐渐在建筑可视化领域崭露头角。

二、PBR技术在建筑可视化画面表现中的应用

使用计算机辅助技术进行建筑可视化创作的时候，迫切需要一种更为直观，更为明晰的展示方式。效果越真实，人们越能感同身受，就能为设计师和客户等不同人群提供更优质的视觉传达。

PBR技术利用接近于真实世界物理三维表面计算的数学公式，用三维环境把二维图像转化成真实的画面效果。材质表现可以根据几何表面特性、材质和打光的不同，可能产生写实或者非写实的效果。

1、PBR技术在建筑可视化表现的基础

（1）光源（lighting）：例如是点光源，面积光源或者其它形式的光源，是使用辐射强度还是直接使用辐射亮度来表述光源发出的光照。

（2）光照传输（lighttransport）：表现的是光在场景中是怎么传输的，例如光线追踪技术，它能比较真实模拟光的传输行为。

（3）着色模型（shading）：光与表面相交时发生的光学交互，比如反射和折射等，所有着色相关的数据汇总成一个材质对象，每个物体表面都需要一个材质对象，以便决定光在经过物体表面时应该如何对物体表面进行着色。

（4）摄像机模型（camera）：比如摄像机的投影方式，对景深效果的实现方式，对全景绘制的支持，是否支持运动模糊技术等。

2、PBR技术的优势

（1）材质的调节参数基于物理渲染，画面表现更真实，创作者可以根据真实世界中的材质表现调节参数，而不是通过庞大的模拟数据进行一次次的实验来得出，这就是PBR技术的最大优势。

（2）基于更为先进的WorkFlow，管理更简单：PBR的工作流更加系统规范化，而且有许多成型的辅助工具和实验测定的物理参数。并不需要艺术家不断地凭着经验修改调整。

（3）数字资产可进行重复利用：因为PBR是基于真实的物理参数，所以按照它的工作流规范制作出来的模型、材质，放在任何光照条件下都是正确的。也就是说，一套模型或者材质可以重复使用。

3、PBR技术的限制

（1）技术掌握难度较大，新的工作流方式和新的参数设置让原本已经习惯传统技术并已具备完整知识体系的技术人员，理解PBR材质技术具有一定难度，既有的材质调解经验和参数对于PBR流程的参数调节上几乎没有任何帮助。

（2）作品画面表现风格容易雷同，由于PBR技术的特点，好多基于Specular贴图和Grunge贴图的画面表现，如果对参数进行滥用，则表现出的画面会产生一种“油腻感”。

（3）材质表现过于“偏科”，PBR技术在画面表现上的优势在于“电介质”和“金属”这两大材质，主要由“Specular”和“Metallic”两项参数决定。但是对于透明材质和SSS材质的支持就稍微欠缺了点，这个问题通过其他技术和技巧进行解决。

总结：PBR技术将愈发广泛的应用于建筑可视化的画面表现中，极大地提高画面表现效果，同时降低工作难度和强度，使得学习门槛进一步降低，但是PBR技术也才刚刚起步存在着许多问题，可以通过使用SubstancePainter等贴图制作软件进行纹理处理，然后使用Vray或者RenderMan等渲染器进行渲染;使用HDR技术解决物体反射，增加场景真实程度;通过镜头语言，避免过多表现透明材质和SSS材质等方法来解决PBR技术软肋。

技术是不断革新的，PBR技术也会根据市场的需求不断完善，相信不久的将来，更为高效、真实和可参数化控制的建筑可视化技术给行业带来新的冲击。

参考文献：

[1]何三林.PBR的优点〔DB/OL〕.https：//blog.csdn.net/baidu_16312167/article/details/74911233

[2]李怡婷，PBR流程在引擎电影中的问题及解决途径.[A].戏剧之家，2017（10）：99-100

作者简介：李强，男，1981年出生，汉族，从事动漫制作技术、数字媒体应用技术专业教学。