本文将详细介绍Three.js中的PBR(Physically Based Rendering)材质,包括PBR的基本概念、适用场景、PBR材质的构建以及一些高级应用技巧。
1. PBR(Physically Based Rendering)基本概念
PBR,即Physically Based Rendering,是一种基于物理原理的渲染技术,旨在模拟真实世界中的光照和材质表现。Three.js中的PBR材质主要包括THREE.MeshStandardMaterial
和THREE.MeshPhysicalMaterial
,基于物理的光照模型(微平面理论、能量守恒、菲涅尔反射...),它们能够更准确地模拟光照和材质之间的相互作用,为场景提供更加真实感的渲染效果。
2. 适用场景
PBR材质适用于对真实感渲染效果有较高要求的场景,例如:
- 游戏场景:游戏中的角色、道具等元素可以通过PBR材质实现更真实的光照和材质效果。
- 产品展示:三维产品展示中,PBR材质可以更真实地展示产品的外观、纹理和细节。
- 虚拟现实:VR场景中,PBR材质有助于提高用户的沉浸感和真实感。
3. PBR材质的构建
在Three.js中,PBR材质的构建涉及以下几个方面:
3.1 基本属性.color
,.metalness
,.roughness
PBR材质的基本属性包括颜色、金属度、粗糙度等。例如:
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({color: 0xffffff,metalness: 0.5,roughness: 0.5
});
金属度属性.metalness
表示材质像金属的程度, 非金属材料,如木材或石材,使用0.0,金属使用1.0。
粗糙度属性.roughness
表示模型表面的光滑或者说粗糙程度,越光滑镜面反射能力越强,越粗糙,表面镜面反射能力越弱,更多地表现为漫反射,0.0表示平滑的镜面反射,1.0表示完全漫反射。
3.2 纹理贴图
PBR材质支持多种纹理贴图,如漫反射贴图、金属度贴图、粗糙度贴图、法线贴图等。例如:
const loader = new THREE.TextureLoader();
const diffuseTexture = loader.load('path/to/diffuse.png');
const metalnessTexture = loader.load('path/to/metalness.png');
const roughnessTexture = loader.load('path/to/roughness.png');
const normalTexture = loader.load('path/to/normal.png');
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({map: diffuseTexture,metalnessMap: metalnessTexture,roughnessMap: roughnessTexture,normalMap: normalTexture
});
3.3 环境光遮蔽
为了更好地模拟环境光的影响,PBR材质还支持环境光遮蔽贴图。例如:
const aoTexture = loader.load('path/to/ao.png');
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({aoMap: aoTexture
});
4. 高级应用技巧
4.1 清漆度.clearcoat
清漆度是一种模拟表面光洁度的属性,用于实现汽车漆、瓷器等具有光滑表面的材质。在Three.js中,可以使用THREE.MeshPhysicalMaterial
设置清漆度属性。例如:
const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({clearcoat: 1.0,clearcoatRoughness: 0.1
});
典型案例(汽车外壳PBR材质设置):
const mesh = gltf.scene.getObjectByName('汽车外壳');
mesh.material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({color: mesh.material.color, //默认颜色metalness: 0.9,//车外壳金属度roughness: 0.5,//车外壳粗糙度envMap: textureCube, //环境贴图envMapIntensity: 2.5, //环境贴图对Mesh表面影响程度
})
4.2 各向异性.Anisotropy
各向异性是一种模拟材质在不同方向上光照反射特性不同的属性,用于实现金属刷痕、木纹等具有方向性纹理的材质。在Three.js中,可以使用THREE.MeshPhysicalMaterial
设置各向异性属性。例如:
const anisotropyTexture = loader.load('path/to/anisotropy.png');
const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({anisotropy: 0.8,anisotropyMap: anisotropyTexture
});
4.3 透明度.Transparency
透明度是一种模拟材质透明程度的属性,在Three.js中,可以使用THREE.MeshPhysicalMaterial
设置透明度属性。例如:
const material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({transparent: true,opacity: 0.5
});
4.4 透光率(透射度).transmission
为了更好的模拟玻璃、半透明塑料一类的视觉效果,可以使用物理透明度.transmission
属性代替Mesh普通透明度属性.opacity
。使用.transmission
属性设置Mesh透明度,即便完全透射的情况下仍可保持高反射率。例如:
const mesh = gltf.scene.getObjectByName('玻璃01')
mesh.material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({transmission: 1.0, //玻璃材质透光率,transmission替代opacity
})
4.5 折射率.ior
非金属材料的折射率从1.0到2.333。默认值为1.5。例如:
new THREE.MeshPhysicalMaterial({ior:1.5,//折射率
})
典型案例(玻璃材质设置):
const mesh = gltf.scene.getObjectByName('玻璃01')
mesh.material = new THREE.MeshPhysicalMaterial({metalness: 0.0,//玻璃非金属 roughness: 0.0,//玻璃表面光滑envMap:textureCube,//环境贴图envMapIntensity: 1.0, //环境贴图对Mesh表面影响程度transmission: 1.0, //玻璃材质透光率,transmission替代opacity ior:1.5,//折射率
})