[ What is the PBR? ] - 對Reflection的誤解（漫反射&鏡面反射）
對Reflection的誤解（漫反射&鏡面反射）
字面含義
我們通常使用diffuse reflection(漫反射 ) 和 specular reflection( 鏡面反射 ) 這兩種術語。但真的懂得其含義嗎？
首先來看看diffuse的字面含義。
1.散開；四散 ( 光, 熱量, 味道等 )
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傳播(知識) ，普及， 舒緩( 情緒等 )
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( 氣體或液體) 瀰漫；漫射；發散
來自：百度翻譯
跟大家知道的意思一樣嗎？
下面來看看specular 的字面含義。
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鏡子似的，反射的，反映的
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( 光學 )正反射性的
來自：百度翻譯
這也跟大家知道的意思一樣嗎？
現在看看是否跟實際含義一樣。
Diffuse 反射在粗糙的表面形成？
很多人覺得diffuse reflection 是因表面粗糙而形成的。特別是PBR 的重要因素微表面 ( microfacet )，會使人這麼想。但是diffuse大部分不是因表面粗糙而形成的，只有一部分是那麼形成的。
看字面含義diffuse 有 “散開”, “傳播” 的意義。就是說不是單純因碰撞到表面後反射出來的東西。
根據參考資料[ 1 ]-{參考資料在本文末端}， diffuse形成的原理如下。（翻譯了資料的一部分）
在Solids(人造物) diffuse reflection 一般不會因表面粗糙而形成。雖然specular reflection 會在平平的表面形成，但也不會阻止diffuse reflection 的形成。白色大理石就算拋光 ( polishing )也會留下白色；再拋光也不會變成鏡子。拋光會產出少量的specular reflection ，但剩下的光還是會擴散反射。
某一個表面在提供diffuse reflection 的最主要的原理中，沒有包含表面這個概念； 大多數的光線會像下圖一樣會受到表面下方scattering center( 散射中心，譯註: 電子波散射的地方 )的影響。
雖然是一小部分，也有不用散射也進行diffuse reflection的情況。跟下圖一樣光沒有被下方吸收，但因表面很粗糙被反射到各個方向時，這種現象也可以說是diffuse。
非平滑表面的diffuse reflection. 出處 : 參考資料[ 1 ].
有可能大家不知道本文爲什麼要解釋這些原理，因爲這些對使用者的意義不大。
以上的說明是爲了介紹albedo( 反射率 ) 。 對蘋果照射白光時，蘋果會呈紅色（當然也有綠色蘋果，，但這不重要），樹葉會呈現綠色。一般會用“反射了紅色” 說明這種現象，但實際上光線是進到表面下方進行了散射，被反射出來的是被吸收後剩下的波段
可以看出被表面反射的光和被吸收的光之間的差距嗎？ Specular reflection在反射時會維持自身的光波，但diffuse reflection 會根據材質反射時不能維持自身的光波。所以specular reflection 會維持自身的顏色，diffuse reflection 則不能維持。
一般計算表面下方的散射很複雜，其消耗也很大，所以就用albedo這種概念來統稱了。
這裏有一個問題，爲什麼specular 也受到 albedo 影響？實際使用UE4 這種引擎時把Yellow( = Red + Green ) 光照射到 Green 材質時specular成分裏會包含純Green色。原本好像會是純Yellow，但不是。其原因跟資料上寫的一樣，就算是平平的表面也不能阻止diffuse。世界上不存在純 (或理想的) 光滑表面。這部分跟Fresnel有關聯，這部分以後再說。
所有物體都有diffuse reflection?
不是的，金屬( metal ),光透不進去的物質, 氣體 ( gas ), 液體( liquid ), 玻璃( glass ), 透明塑料 ( transparent plastic ), 一些寶石 ( gem )；鹽結晶( salt crystal )等單晶體( single crystal )； 薄紙( tissue )或水晶體 ( lens of a eye )這些特殊材質沒有diffuse reflection [ 1 ].
所有的材質都解釋的話很複雜，所以用金屬來舉例說明。
金屬吸收所有光線，即albedo 是 0。但是怎麼形成反射的？金屬內部的自由電子收到能量後會放射成下圖的樣子。所以金屬會根據構成的原子呈現固有色。
金屬反射的本質
（圖片文字：太窄了/滾開）
金屬的是往哪個方向反射的呢？ 這個跟Fresnel是有關聯的，這裏就不細說了。
Specular reflection 在入射角和反射角相同時最強？
我們認爲鏡面反射，既正反射在入射角和反射角相同時最強，但那不是事實。這是根據表面的roughness 而變化的。這也是跟 Fresnel 有關係。
總而言之，普通材質上specular 不進行specular reflection，會進行有一點偏離的反射。這就是off-specular reflection 。最強烈的部分是off-specular peak 。翻譯過來大概是"超過specular reflection範圍的反射" 。
Off-specular reflection 的例子: 離貼地角越近， specular 方向 ( M )就越跟specular reflection角不一樣。
參考資料：
[ 1 ] https://en.wikipedia.org/wiki/Diffuse_reflection
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在這裏插入圖片描述
出生在韓國的TA。
1997年開始從事電腦圖形視覺化工作後，在這個行業已經有21年經驗了。
在多個網絡遊戲公司引領過美術團隊，之前在allegorithmic擔任TA負責人，在中國網易盤古工作室擔任TA總監，現在是巨人網絡TA部門的總負責人。
懶惰的人才有創意”是他堅信並執行的哲學道理。