轉載：http://blog.csdn.net/debugconsole/article/details/48767083
siggraph13上面EpicGames帶來的UnrealEngine4的PhysicallyBasedRendering（基於物理模型光照）部分內容。
EpicGames應該說進入PhysicallyBasedRendering較晚了，但這樣就有比較多的參考，這裏Epic重要的參考是迪斯尼在做cg（《無敵破壞王》等）使用的光照材質模型，並且在實際開發過程中進行了精簡，並且和用於遊戲開發的pipeline相結合，取得了不錯的成效。
在理論算法方面，在基於cubemap的secondary specular的brdf的計算上更加的數學準確，通過理論數學以及工程方法進行優化，是一個high點。
link
http://url.cn/KT07av
http://url.cn/MJprmC
http://url.cn/Q3Dipo
overview
首先epic介紹了其在使用物理光照方面的思考，大的方向上來看，業界也達成共識，換成基於物理模型的光照，會帶來更真實的效果，更精簡的美術參數和數據，在光照環境劇烈變化的情況下保持渲染結果的真實正確。
但是其實物理光照仍舊是一個開放性課題，其可以用的光照模型很多，很多研究開始是針對於離線渲染的cg來做，選擇什麼，在這種模型下面如何取捨是開發者面臨的非常難以決斷的問題。
epic在這方面的需求包括：
*性能
*簡單易用
*可以線性插值（這樣多個material可以混合）
*有較高的靈活性--可以寫實風，可以卡通風
同樣，強如epic在轉向物理光照的時候，也是遇到問題，雖然爭論不太多（已經業界標配了），但是應用起來還是適應了段時間。
同時epic一個非寫實項目已經開始了挺長時間，轉向物理光照也困難重重，儘管程序員表示物理光照可以搞定，並且迪斯尼也證明了卡通風格，但是已經做了很多數據，所以又給這個項目做了個向下兼容版。
也算是成長的煩惱吧！！
shading模型
和其他物理模型一樣，是macrofacet specular shading model：
epic games採用的是迪斯尼所使用的GGX模型，所以各數學公式是：
Distribution：
Geometry：
Fresnel：
這裏fresnel項是針對schlick approximation做了一個數學逼近，優化了性能，其中schlick approximation是：
ImageBasedLighting
（ImageBasedLighting，說人話就是使用環境貼圖來做反射，只是圖形學裏面把這種把環境光照信息存到環境貼圖裏面，然後在拿來渲染模型的方法叫做ImageBasedLighting。）
常規使用的方法可以說是源自經驗和嘗試，實際下來在數學上是不準確的。
數學上精準的推導是根據材質表面的粗糙程度來進行積分：
一些數學逼近：
紅框中的部分是光照信息，其實就是從環境貼圖中讀出的信息，是經過prefilter的。
籃框部分是積分的另一個部分，在進行數學推導：
這裏便轉換成了一個由roughtness和cos(theta)組成的函數，offline計算結果存到貼圖裏：
整個過程很漂亮，理論推導+engineering，把真正正確的做法，變成了現實。
材質模型
epic取了ggx材質模型的一部分，迪斯尼使用的ggx模型裏面包含了超級多的參數：
epic取了：
*base color
*metallic
*roughness
另外加上：
*cavity--用於計算材質上坑窪造成的陰影，這個沒多介紹
roughness和metallic美術用起來破費了些心思。
材質layering
ue4立面材質可以進一步混合，也就是材質編輯器中可以拿一個材質作爲一個節點來構建材質。
可以這樣做的重要理論基礎就是，材質中的參數都是可以進行線性插值，並且在插值後，物理屬性也是正確的，並不會破壞光照模型。
這樣可以說材質編輯器的能力進一步提升，當然如果美術飆起來也會弄出非常低效的材質把性能搞差。
epic提到其中一個應用就是做detail tiling，把一個正常材質上面疊加tiling很厲害的另外一個材質，進而得到精度超級高，但是卻又不需要大貼圖的新材質。
封面圖片就是detail tiling的結果：
lighting類型
ue4中還支持了面光源，球光源和tube光源。
面光源中嘗試了幾種方法，包括billboard reflection，cone intersection，最後使用的是在specular distribution項上面做一些改變：
效率不錯，效果還行吧，相比之下個人比較喜歡killzone的做法：
http://blog.csdn.net/toughbro/article/details/9072327
sphere&tube光源感覺挺沒意思的，不記了。
相關：
http://blog.csdn.net/pizi0475/article/details/49489929
http://zhuanlan.zhihu.com/p/20119162
http://zhuanlan.zhihu.com/p/20122884