OpenPBR介绍

OpenPBR Surface shading model

超级着色器（über-shader）即覆盖各种情况的单一整体材质，它拥有一组定义明确的参数，可以调整这些参数来创作现实中和想象中的材质。例如Disney的Principled Shader^[1]、Allegorithmic的PBR shading model^[2]、Autodesk的Standard Surface shader^[3]、Adobe的Standard Material^[4]、Blender的Principled BSDF^[5]等。 OpenPBR旨在成为不同产品之间的通用接口，覆盖大多数日常用例（未涵盖更专业的用例，如非常高端的皮肤、头发、布料或体积着色）。

OpenPBR(Github)作为MaterialX的一个子项目于2023年8月2日由ASWF发布。该项目由Autodesk和Adobe开发，用MaterialX编写，任何已经支持MaterialX都可以自动支持OpenPBR。

已有Pixar USD、SideFX Houdini、Autodesk Maya、Autodesk 3ds Max、Apple VisionOS、Unreal Engine、NVIDIA Omniverse、Autodesk Arnold、Pixar RenderMan、Chaos V-Ray支持MaterialX。

MaterialX(Github)是在计算机图形学中表示丰富材质和外观开发内容的开放标准，它使美工能够以通用的网络形式描述材质，从而为资产提供跨渲染器和平台的一致外观。本质上，MaterialX是一种使用XML格式文件在不同DCC工具之间交换数据的机制。

使用MaterialX Graph Editor编辑OpenPBR的参考实现open_pbr_surface.mtlx的节点图：

节点图中空着的槽对应的属性可以在MaterialXView中调整：

OpenPBR结构^[6]如下：

• 由金属或电介质的混合物构成的base substrate。该基层的界面（电介质或金属）提供主镜面反射波瓣。电介质基底代表三种成分中的任一种，可以统计混合：

  • Glossy-diffuse：具有不透明内部介质的电介质，如木材、花岗岩、混凝土、纸板和墙漆。
  • Subsurface：具有致密高散射内部介质的电介质，如塑料、大理石、皮肤、植物和食物。
  • Translucent-base：具有半透明内部介质的电介质，如玻璃、晶体和液体。

• Coat：可选的电介质层，可具有吸收介质，充当base substrate顶部的涂层。该层的电介质界面提供次镜面反射波瓣。

• Fuzz：可选层，表示来自在其他所有物体之上的微纤维（例如细毛、桃绒、纺织线和灰尘颗粒）的反射。

参数设计如下：

Identifier	Label	Type	Range	Norm	Default	Unit
Base
base_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(1\)
base_color	Color	color3	\([0,1]^3\)		\((0.8,0.8,0.8)\)
base_roughness	Roughness	float	\([0,\infty)\)	\([0,1]\)	\(0\)
base_metalness	Metalness	float	\([0,1]\)		\(0\)
Specular
specular_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(1\)
specular_color	Color	color	\([0,1]^3\)		\((1,1,1)\)
specular_roughness	Roughness	float	\([0,\infty)\)	\([0,1]\)	\(0.3\)
specular_anisotropy	Anisotropy	float	\([0,1]\)		\(0\)
specular_rotation	Rotation	float	\([0,1]\)		\(0\)
specular_ior	IOR	float	\((0,\infty)\)	\([1,3]\)	\(1.5\)
specular_ior_level	IOR level	float	\([0,1]\)		\(0.5\)
Transmission
transmission_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(0\)
transmission_color	Color	color	\([0,1]^3\)		\((1,1,1)\)
transmission_depth	Depth	float	\([0,\infty)\)	\([0,1]\)	\(0\)	\(length\)
transmission_scatter	Scatter	color	\([0,1]^3\)		\((0,0,0)\)
transmission_scatter_anisotropy	Anisotropy	float	\([-1,1]\)		\(0\)
transmission_dispersion_abbe_number	Abbe number	float	\((0,\infty)\)	\([9,91]\)	\(20\)
transmission_dispersion_scale	Dispersion scale	float	\([0,1]\)		\(0\)
Subsurface
subsurface_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(0\)
subsurface_color	Color	color	\([0,1]\)		\((0.8,0.8,0.8)\)
subsurface_radius	Radius	float	\([0,\infty)\)	\([0,1]\)	\(1\)	\(length\)
subsurface_radius_scale	Radius scale	vector	\([0,1]^3\)		\((1.0,0.5,0.25)\)
subsurface_anisotropy	Anisotropy	float	\([-1,1]\)		\(0\)
Coat
coat_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(0\)
coat_color	Color	color	\([0,1]^3\)		\((1,1,1)\)
coat_roughness	Roughness	float	\([0,\infty)\)	\([0,1]\)	\(0\)
coat_anisotropy	Anisotropy	float	\([0,1]\)		\(0\)
coat_rotation	Rotation	float	\([0,1]\)		\(0\)
coat_ior	IOR	float	\((0,\infty)\)	\([1,3]\)	\(1.6\)
coat_ior_level	IOR level	float	\([0,1]\)		\(0.5\)
Fuzz
fuzz_weight	Weight	float	\([0,1]\)		\(0\)
fuzz_color	Color	color	\([0,1]^3\)		\((1,1,1)\)
fuzz_roughness	Roughness	float	\([0,1]\)		\(0.5\)
Emission
emission_luminance	Luminance	float	\([0,\infty)\)	\([0,1000]\)	\(0\)	\(nits\)
emission_color	Color	color	\([0,1]^3\)		\((1,1,1)\)
Thin-film
thin_film_thickness	Thickness	float	\([0,\infty)\)	\([0,2000]\)	\(0\)	\(nanometers\)
thin_film_ior	IOR	float	\((0,\infty)\)	\([1,3]\)	\(1.5\)
Geometry
geometry_opacity	Opacity	float	\([0,1]\)		\(1\)
geometry_thin_walled	Thin walled	boolean	\(\{false, true\}\)		\(false\)
geometry_normal	Normal	vector	\(N/A\)		\(unperturbed\ normal\)
geometry_tangent	Tangent	vector	\(N/A\)		\(unperturbed\ normal\)
geometry_coat_normal	Coat Normal	vector	\(N/A\)		\(unperturbed\ normal\)

1. McAuley S, Hill S, Hoffman N, et al. Practical physically-based shading in film and game production[M]//ACM SIGGRAPH 2012 Courses. 2012: 1-7. ↩︎
2. https://argos.vu/wp-content/uploads/2016/03/PBR_Guide_Vol.1.pdf ↩︎
3. https://autodesk.github.io/standard-surface/ ↩︎
4. https://helpx.adobe.com/substance-3d-general/adobe-standard-material.html ↩︎
5. https://docs.blender.org/manual/en/latest/render/shader_nodes/shader/principled.html ↩︎
6. https://academysoftwarefoundation.github.io/OpenPBR/ ↩︎