http://renderwonk.com/publications/s2010-shading-course/snow/sigg2010_physhadcourse_ILM_slides.compressed.pdf http://renderwonk.com/publications/s2010-shading-course/snow/sigg2010_physhadcourse_ILM.pdf siggraph10上面physically based lighting course里的文章。 由Industrial Light and Magic帶來，原來的標題是《鋼鐵俠》和《終結者》中的image based lighting和physical shading,但是實際上這個paper覆蓋了IML多年的積累，包括《珍珠港》,《綠巨人》等電影。 同時里面的很多做法，對realtime graphics也非常的有指導意義。 **film reality** 一點需要澄清的是，cg開發者的終極目標是film reality，不是真實的人眼可見的那種reality，這個限制來源于存儲介質是LDR，所以在這個限制下，很多東西要考慮到這些因素。 **90年代**  在90年代的時候，是捕捉一個LDR的環境貼圖(當時是LDR的，后來是HDR），來作image based lighting，當時使用cook torrence來做specular公式。 一些hack：比較典型的是一些ambient的光照，這個沒法非常準確的進行capture，并生成shadow信息，會使用大量的spotlight來模擬： （簡直就是irradiance volume）  《珍珠港》 michael bay（《勇闖奪命島》《珍珠港》《變形金剛》的導演）挑戰IML說要一個比以往電影中cg渲染的飛機要更真實的效果，IML一頓搗鼓，結果大家都看到了，不說還以為是真實拍的飛機呢，如同戰爭比10所大學更能推進技術進步，需求真的是技術進步最好的助燃劑。 到了90年代晚期，raytracing（光線追蹤）技術已經比較成熟，但是IML還是沒有使用，源于在如此復雜的場景中使用不太現實，而且他們習慣使用的軟件（renderman）中還沒有這個功能（嗯，不錯的實戰經驗），所以繼續他們的image based lighting。 在珍珠港中，添加了 - reflection occlusion，從image中讀取的光照信息，加一個occlusion，防止在犄角旮旯的地方，應該比較暗，還很明亮的反射環境 -  - ambient environment -  來以手頭擁有的資源，以很低的消耗（開發消耗和生成實際圖像的運算消耗）達到了接近raytracing的GI質量。 最終到達了這樣的質量：（coooool）  《綠巨人》（<hulk>) 到了綠巨人這里有了一個進展，就是環境貼圖改成hdr的了，并且分辨率也進一步加大。 《鋼鐵俠》  到了《鋼鐵俠》這里主要是處理的材質上的事情，在環境貼圖等image based lighting上面的工作已經比較成熟了（穩定的使用高分辨率的HDR環境貼圖），但是在鋼鐵俠中的對材質高要求帶來了新的挑戰，很快項目組發現材質上的BRDF不夠好。 這里必須要提的幾個是：可見做一個很棒的最后結果，中間有多少積累工作需要做，他們很多的工作甚至不會再最終產品中露頭 - 在《變形金剛》中，ILM已經成功的做了不少的適用于車上的材質，這為鋼鐵俠中的工作鋪墊了不少 - ILM使用BRDF探測器（記錄材質如何對光進行反射，bungie在halo上也做過這樣的事情）， - 但是發現chrome合金部分過于復雜，以至于沒法收集足夠的信息。 - 收集的信息很棒，但是美術想做點改動就非常的難（估計一大票莫名參數直接眩暈了） - 最后探測BRDF工作沒有使用，但是卻幫助項目組更好的理解了材質的BRDF 基于這些分析，最后ILM使用各向異性的specular function來做超酷金屬效果：  各向異性的brdf的研究也比較多了，ILM用的是在一些矢量方向上使用不同的specular exponent。 使用brickmap來做ray traced reflection surface caching。 ILM在鋼鐵俠開發期間也遇到了不少問題，其中一個就是很多參數（影響的factor），這些有些過于復雜，美術一頓調之后存在個人之間很不同，同時也會出現不真實的情況，簡化等問題在后面的《終結者》的開發中有了很多進步。 這里ILM說的一個挺不錯：ambient和diffuse其實是一個東西，reflectance和specular其實是一個東西。 《終結者》 到了《終結者：救贖》，ILM希望能夠解決在之前項目開發中的一些頭痛問題（比如太多參數調節的窘境），并迎接新的挑戰（終結者中的一些場景的變化更加劇烈等）。 ILM采用更加基于物理的材質光照系統（physically based lighting）來： - 達到一個更加簡單，更加直觀，更物理正確的光照渲染系統 - 這里包括： - 能量守恒的材質 - normalized specular - more physically plausible specular falloff - more heavily image based - importance sampled raytracing 能量守恒 這個是物理光照中基本都會有的一項，就是保證反射的光強度不會超過入射光。 同時ILM把ambient和diffuse合并，specular和reflectance合并，這樣只要平衡diffuse和specular就好了（不像原來要平衡4項）。 normalized specular 一個光在粗糙表面上反射，那么反射面會更大，同時亮度降低，其實這也是能量守恒的一種。 原來ILM沒有這一項，是通過人手動來調的，現在做到specular公式中，那么結果不用調就比較自然了。   normalized Importance sample raytracing importance sample就是通過去采樣主要的部分來盡可能有效的去采樣場景。 這個讓我想起ue3的塞瑪利亞人里面的反射就只反射霓虹燈，而建筑物什么的一概不管的這種，這應該也算是一種importance sample。 實際應用的時候，importance sample包括： - 主要采樣image中比較亮的點 - 在粗糙表面的時候，會對反射的方向做一些改變，指向最有效的部分 最后結果和標準raytracing差不多，但是效率卻好很多。 變革的煩惱與收獲 ILM在做了這些技術改變之后，和很多公司一樣，有幾點痛楚： - 對生產的影響，ILM在開發的同時也在制作電影，于是就沿用原先的系統來做原先系統可以處理的很好的部分，比如里面的摩托車機器人，然后在系統開發好之后，在做有挑戰的部分，比如骷髏機器人 - 開始技術的改變也導致了工具的效率問題（如果到游戲上還得加上bug和crash），開始做好的工具效率頗低（相比于原來） - 習慣于原先hack的美術們，對這個新系統的使用也頗有不習慣，ILM內部甚至引發了一場“圣戰”，簡而言之，費了好多力氣才把新的系統（energy conservation, normalized specular等）推行下去 - 不過到了后面的項目（《鋼鐵俠2》）的時候，痛楚期過去，全線轉入新的物理材質光照系統，品質和開發效率都更加的高 最后來個圖，鋼鐵俠是這樣拍的，感覺演員拍的時候應該不會很high吧：