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详解 Three.js PBR 物理渲染

Three.js 是一个流行的基于 WebGL 的 JavaScript 库，专门用于创建和运行三维动画和游戏。其中很关键的一部分是物理渲染（PBR）。本文将深入探讨 Three.js 的 PBR 渲染，并为初学者提供实用的指导。

什么是 PBR？

传统的渲染技术通常使用 ad hoc 光照模型，但这种方法存在一些问题。例如，在不同的光照条件下，材料的外观可能会发生变化。PBR 算法通过使用更真实的材质属性、光照计算和环境地图来模拟材料与现实世界之间的相互作用。这使得渲染的结果更加逼真，同时也更容易管理。

如何启用 PBR？

要在 Three.js 中使用 PBR，需要在渲染器中开启 physicallyCorrectLights 属性。这告诉 Three.js 你正在使用 PBR 渲染。在设置材料时，可以使用 MeshStandardMaterial 或 MeshPhysicalMaterial 来启用 PBR 特性。

// 初始化渲染器
const renderer = new THREE.WebGLRenderer({ antialias: true });
renderer.physicallyCorrectLights = true;// 创建材料
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({color: 0xffffff,metalness: 1, // 金属度roughness: 0.5 // 粗糙度
});// 创建物体并应用材料
const sphere = new THREE.Mesh(geometry, material);
scene.add(sphere);

上面的示例使用了 MeshStandardMaterial，但是 MeshPhysicalMaterial 更强大。它允许更高级的属性，如透明度、折射率和环境映射。

PBR 的属性

PBR 将材料视为具有多个属性的物理对象。以下是一些常见的 PBR 属性：

颜色（color）

这是材料的基本颜色。

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

金属度（metalness）

这决定了材料是金属还是非金属。金属材质反射光线，而非金属材质则散射光线。

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

粗糙度（roughness）

这决定了材质表面的粗糙程度。值越低，表面就越光滑。

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

折射率（refractionRatio）

这决定了在不同介质中进入该材料时的光的弯曲程度。

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

透明度和透明度映射

这决定了材料有多少透明度，并提供一个透明度贴图。

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

环境映射（environmentMap）

这是将天空盒或球面相机纹理应用到材质上的一种方法，从而使其反射环境中的颜色。

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

总结

PBR 是 Three.js 中非常强大的功能之一。它可以让开发者创建更逼真的场景，使用户获得更好的体验。在实际操作使用 PBR 时要注意材质属性的设置，以实现你所期望的效果。而且，PBR 的实现需要大量的计算和复杂的纹理，因此在较老的设备上可能会出现性能问题。但是，如果使用得当，PBR 可以为您的 Three.js 应用程序提供令人惊叹的视觉效果。

除了 PBR 之外，Three.js 还有许多其他的渲染技术和功能。例如，您可以使用阴影贴图来添加动态阴影效果，或者使用法线贴图来增强几何细节。您还可以在 Three.js 中使用后期处理效果，例如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和景深效果。

下一篇文章我将介绍SSAO。