[ What is the PBR? ] - 对Reflection的误解（漫反射&镜面反射）
对Reflection的误解（漫反射&镜面反射）
字面含义
我们通常使用diffuse reflection(漫反射 ) 和 specular reflection( 镜面反射 ) 这两种术语。但真的懂得其含义吗？
首先来看看diffuse的字面含义。
1.散开；四散 ( 光, 热量, 味道等 )
-
传播(知识) ，普及， 舒缓( 情绪等 )
-
( 气体或液体) 弥漫；漫射；发散
来自：百度翻译
跟大家知道的意思一样吗？
下面来看看specular 的字面含义。
-
镜子似的，反射的，反映的
-
( 光学 )正反射性的
来自：百度翻译
这也跟大家知道的意思一样吗？
现在看看是否跟实际含义一样。
Diffuse 反射在粗糙的表面形成？
很多人觉得diffuse reflection 是因表面粗糙而形成的。特别是PBR 的重要因素微表面 ( microfacet )，会使人这么想。但是diffuse大部分不是因表面粗糙而形成的，只有一部分是那么形成的。
看字面含义diffuse 有 “散开”, “传播” 的意义。就是说不是单纯因碰撞到表面后反射出来的东西。
根据参考资料[ 1 ]-{参考资料在本文末端}， diffuse形成的原理如下。（翻译了资料的一部分）
在Solids(人造物) diffuse reflection 一般不会因表面粗糙而形成。虽然specular reflection 会在平平的表面形成，但也不会阻止diffuse reflection 的形成。白色大理石就算抛光 ( polishing )也会留下白色；再抛光也不会变成镜子。抛光会产出少量的specular reflection ，但剩下的光还是会扩散反射。
某一个表面在提供diffuse reflection 的最主要的原理中，没有包含表面这个概念； 大多数的光线会像下图一样会受到表面下方scattering center( 散射中心，译注: 电子波散射的地方 )的影响。
虽然是一小部分，也有不用散射也进行diffuse reflection的情况。跟下图一样光没有被下方吸收，但因表面很粗糙被反射到各个方向时，这种现象也可以说是diffuse。
非平滑表面的diffuse reflection. 出处 : 参考资料[ 1 ].
有可能大家不知道本文为什么要解释这些原理，因为这些对使用者的意义不大。
以上的说明是为了介绍albedo( 反射率 ) 。 对苹果照射白光时，苹果会呈红色（当然也有绿色苹果，，但这不重要），树叶会呈现绿色。一般会用“反射了红色” 说明这种现象，但实际上光线是进到表面下方进行了散射，被反射出来的是被吸收后剩下的波段
可以看出被表面反射的光和被吸收的光之间的差距吗？ Specular reflection在反射时会维持自身的光波，但diffuse reflection 会根据材质反射时不能维持自身的光波。所以specular reflection 会维持自身的颜色，diffuse reflection 则不能维持。
一般计算表面下方的散射很复杂，其消耗也很大，所以就用albedo这种概念来统称了。
这里有一个问题，为什么specular 也受到 albedo 影响？实际使用UE4 这种引擎时把Yellow( = Red + Green ) 光照射到 Green 材质时specular成分里会包含纯Green色。原本好像会是纯Yellow，但不是。其原因跟资料上写的一样，就算是平平的表面也不能阻止diffuse。世界上不存在纯 (或理想的) 光滑表面。这部分跟Fresnel有关联，这部分以后再说。
所有物体都有diffuse reflection?
不是的，金属( metal ),光透不进去的物质, 气体 ( gas ), 液体( liquid ), 玻璃( glass ), 透明塑料 ( transparent plastic ), 一些宝石 ( gem )；盐结晶( salt crystal )等单晶体( single crystal )； 薄纸( tissue )或水晶体 ( lens of a eye )这些特殊材质没有diffuse reflection [ 1 ].
所有的材质都解释的话很复杂，所以用金属来举例说明。
金属吸收所有光线，即albedo 是 0。但是怎么形成反射的？金属内部的自由电子收到能量后会放射成下图的样子。所以金属会根据构成的原子呈现固有色。
金属反射的本质
（图片文字：太窄了/滚开）
金属的是往哪个方向反射的呢？ 这个跟Fresnel是有关联的，这里就不细说了。
Specular reflection 在入射角和反射角相同时最强？
我们认为镜面反射，既正反射在入射角和反射角相同时最强，但那不是事实。这是根据表面的roughness 而变化的。这也是跟 Fresnel 有关系。
总而言之，普通材质上specular 不进行specular reflection，会进行有一点偏离的反射。这就是off-specular reflection 。最强烈的部分是off-specular peak 。翻译过来大概是"超过specular reflection范围的反射" 。
Off-specular reflection 的例子: 离贴地角越近， specular 方向 ( M )就越跟specular reflection角不一样。
参考资料：
[ 1 ] https://en.wikipedia.org/wiki/Diffuse_reflection
About JP
链接: Website.
在这里插入图片描述
出生在韩国的TA。
1997年开始从事电脑图形视觉化工作后，在这个行业已经有21年经验了。
在多个网络游戏公司引领过美术团队，之前在allegorithmic担任TA负责人，在中国网易盘古工作室担任TA总监，现在是巨人网络TA部门的总负责人。
懒惰的人才有创意”是他坚信并执行的哲学道理。