现如今，提到“次世代”游戏画面和美术，不少人会将其和更加细腻的模型面数与贴图精度联系起来，暂时不会期待有什么革命性的图形技术再次出现。
毕竟在画面表现的探索上，尤其是“写实”风格这个赛道上，现有的美术制作管线已经在方法上达到了以假乱真的边界。
当虚幻 5 亮相时，怎样增强美术的光影细节和软硬件的优化，已经是次世代游戏美术的主攻方向。
而在几年前（2014 年 ~ 2017 年左右），游戏的美术制作曾经出现过一次历史性的突破，那就是 PBR（物理渲染）的出现。
例如，《生化危机：启示录 2》（BIOHAZARD：Revelations 2，2015）和《生化危机 7》（Resident Evil 7 Biohazard，2017）的画面质感就有真正跨时代的区别。
不知道大家有没有印象，那几年间，游戏画面陡然间写实了很多，游戏中的材料质感也向着现实材质跨近了一大步。
这种变革，就是源自于 PBR 技术的普及。
我记得当时有一些文章提到，《王者荣耀》那阶段在研究新的图形技术，将要让游戏画面焕然一新。
文章前摇了很久，才提到他们用了 PBR 技术，并且将这个技术讲得极其神秘和玄妙……那么，PBR 是什么呢？PBR，全称 Physically based Rendering（基于物理渲染），可以模拟现实中光线的物理特性以及与各材质的交互作用。
早在 2012 年，迪士尼在 SIGGRAPH 2012 上就提出了著名的“迪士尼原则的 BRDF（Disney Principled BRDF）”，开始应用 PBR 技术。
PBR 采用基于物理精确公式的算法来重现真实世界中的材质，从而生成具有一致性的逼真环境。
在 PBR 出现之前，所有游戏美术对于光线反射的处理，要么只是用纹理来模拟，要么只是根据灯光颜色进行一些基本的回馈。
而 PBR 的最大特点，就是可以根据材质，对于环境贴图进行真实的反射——尤其是金属材质，这一点的表现尤为重要。
值得注意的是，PBR 技术刚刚应用在游戏行业时，对于环境的反射主要还是一张全景的环境贴图，也就是说，不管周围有什么即时环境变化，反射的内容仍然是那一张全景图，只不过会根据角度不同而反射出全景图的某一个位置。
当然，当时的“光栅”技术会粗糙地反射一部分相近的图像，而真正可以大量即时地反射周边画面的技术，是之后几年才慢慢成熟的“光线追踪”技术。
那么，这种物理反射的实现原理是什么呢？光线作为一种电磁波，在照射到物体表面后，会因其材料和表面情况，呈现出不同效果的反射。
一般来说，漫反射（Diffuse）会呈现出多方向并且缺乏规律的光线反射，而高光（Specular）则是特殊材料会体现出的有明显规律并且反射角度较少的特性。
如果材料是导体，那么它的反射就会有我们平常所说的“金属光泽”；如果材料是非导体，那么就会呈现出“塑料感”或者类似的感觉。
在“模拟真实”这个基石下，一个关键的原则便是“能量守恒”。
这意味着表面反射的光线总量不能超过其吸收的的光线总量。
在 PBR 中，有几种类型的贴图可帮助创建逼真且具有视觉冲击力的纹理：反照率（引用的原文是翻译为这个词，但 Diffuse 在美术制作中更多是称作“漫反射”或者“基础色”）：代表材质的基础颜色，影响其整体外观和视觉写实度。
法线：模拟表面细节与不规则性，增强渲染场景细节层次。
粗糙度：粗糙度贴图可控制反射的锐利度，有助于描绘材质表面。
金属度：决定了材质的金属特性，影响其反射率和外观。
高光：根据光线方向和视角描述反射率的变化，有助于渲染场景的写实度。
高度图（Height）：用于对网格进行形变，常用于地形或悬崖等表面。
不透明度：确定材质的透明度，影响其视觉外观。
环境光遮蔽（AO）：影响材质的阴影效果，增加渲染视觉效果的深度。
折射：影响光线穿过材质的方式，从而增强材质的视觉效果。
自发光（Emissive）：控制材质的光线发射，影响其视觉效果。
需要注意的是，并不是每一个 PBR 材质都会用到这么多种类的贴图。
除了流程耗时以外，通道越多，对系统的负担也会越高。
尤其是金属度（metallic）和高光（Specular）这两个贴图很多时候是不会共用的，基本上使用一个就行（同时，本文的重点是 Specular 和 metallic 在 PBR 贴图中应用的历史，并不会花太多篇幅讨论其他的贴图类型）。
由于上文提到的原因，基于 PBR 的贴图制作，产生了两种制作方法。
在当时的美术制作流程中，两种方法在主流商业游戏领域的应用率平分秋色。
这就是以 Specular（高光）贴图和 metallic（金属度）贴图为主要区分的制作思路。
而最终，Specular 贴图惨败于 metallic，因为它为当时的美术团体带来了挥之不去的梦魇……高光（Specular）贴图代表的含义，基本上就是这个表面所能反射出的光线能量。
当你给一个 3D 物体添加 Specular 时，如果 Specular 的某个位置是黑色，那这里就没有反射；如果某个位置是白色，那么这里就有极其强烈的反射效果；如果一个位置是灰色的 Specular，那么这里就会有一个中等的反射度。
听起来好像不难理解吧？但是，这中间就有一些不好定义的部分。
最基础的实现效果上，在其他参数相同时，你会发现，随着 Specular 值的提升，这个物体的表面好像从非金属慢慢变成了金属。
这显然是不符合现实的，一个物体是不可能平缓地游走于这两种状态之间的。
接下来，在制作方法层面，这种贴图的难点更多。
第一，Specular 的值和现实材质并没有统一的度量值。
比如同样是石材，砖头、水泥、大理石、混凝土等等，各自该设置多强的 Specular 呢？当时，很多有经验的美术很快通过自己的勤奋与观察，迅速找到了自用的一套参数，来模拟出不同的材质。
但很快行业内就发现，同样的 Specular 值，不同的游戏引擎，不同的项目，出来的效果都不同；甚至不同的美术总监，不同的美术人员，都会有自身感受的差异。
这就导致很多美术每次做新物件，都会花很多时间在材质参数的确定上。
而这还只是开始。
第二，想做出写实的效果，有时还要进行一些弯弯绕绕的理解。
那时候，我正在参与制作 Arkane 工作室的游戏《掠食》，这个项目就使用了 Specular 流程：金属材质要把基础的漫反射颜色（Diffuse）做成黑色，而金属本身的材质要体现在 Specular 贴图上。
比如，你要做一个白色陶瓷品，但是它的一部分是黄铜，那么，在主体部分，基础色就是白色，Specular 是深灰色；而在黄铜部分，基础色是黑色，Specular 则是黄色。
这还只是一个最简单的例子。
在实际制作中，还需要考虑材料是否上漆，是否镀层，是否有磨损、划痕、机油、脏迹、指纹，甚至材料本身是否是拉丝或者车漆等等有花纹的表面。
每一种情况都要考虑到 Specular 的值，都要看看是否会产生不真实的反光。
还不算完！第三，Specular 贴图有个特点，就是当加入 Glossiness（光滑度，Glossiness 贴图不在本文的讨论范围，只需要知道这个贴图也是物理渲染必不可少的一环，并且原理和 Specular 类似））贴图时，需要更加小心。
记得之前提到过的那个 PBR 概念吗？表面反射的光线总量不能超过其吸收的的光线总量，而使用 Specular 时，同一个位置，与 Glossiness 的亮度值加起来是不能超过 1 的，不然最终效果就会不真实（黑为 0，白为 1，中间的灰度就是从 0 到 1 的渐变值。
简单举例就是，Glossiness 如果用了亮灰色，那么 Specular 就只能用暗色或者黑色）。
当时，提到“次世代”和“PBR”，往往各种技术理论和专业术语就纷纷出现。
为了清楚地理解这一套制作方式背后的原理，甚至还需要参考物理学，我亲眼看到过很多美术人员被各种专有名词折磨得痛苦不堪。
不止于此，想象一下，你本是一个资深美术，以前，你做好模型后，只需要按照现实情况，把写实的颜色绘制在模型上就行了（虽然中间出现了法线贴图 Normal，但没有理解上的难点）；而现在，你需要先确认引擎，参考这个引擎的 Specular 使用方式，然后和总监沟通好主要材质的 Specular 参数，制作的时候还要时不时考虑 Glossiness 和正在制作的 Specular 加起来会不会太亮……不光是制作，连检查流程也是要人老命。
以至于当时工作室还准备了 PBR 理论的教学和考试，而新人来到工作室的一个重要考核指标，就是“PBR 理解是否正确”。
在经历过这些磨难后，metallic 贴图终于出现了。
相对于 Specular，metallic 贴图有什么特点呢？它最大的特点就是：好使。
对于一个不了解技术的纯 3D 美术来说，metallic 简直就是救世主。
根据刚才提到的 Specular 的使用难点，我们对照地看一下 metallic 的使用方式。
首先，它很好理解。
在这个贴图中，白色就是金属，黑色是非金属，就这么一个简单的区别。
不同引擎的不同效果？这个层面上不用考虑。
大多数时候，只要用黑白来区分金属与非金属就行了（我知道有特殊情况下这个贴图会用到灰色，但是已经简单很多了）。
然后，它不必考虑和其他贴图的相互影响。
这个材质看起来是什么颜色，和 metallic 无关。
metallic 只管定义是不是金属，颜色就用颜色贴图加上就行了。
最后，Glossiness？那更是不关我事，自己负责自己的部分就行了。
美术不再需要实时提醒自己光线的吸收量和反射量的平衡，可以根据自己的经验去分别判断材质是否金属，是否光滑。
当美术工作者做了一次 metallic 流程后，就像是高考过后的学生，根本不想回到之前那个拼命学习的状态，脑海中只有一个虔诚的祈祷：拜托各位都来使用 metallic 贴图吧！果然，没过几年，主流游戏的美术管线全都用上了 metallic 流程。
在《掠食》这个项目之后不久，我参与的 Capcom 游戏《鬼泣 5》，以及 Sandlot 的《地球防卫军 5》，就开始全面应用 metallic 流程了。
当然，在 metallic 美术管线刚刚出现的一两年间，Specular 仍然应用于很多主流项目中。
毕竟已经养成的制作惯性不是说改就能立刻改过来的。
尤其是移动游戏领域，metallic 流程真正普及仍然花费了很长时间。
虽然 metallic 替代 Specular 是大势所趋，但直至今日，或许是因为 Specular 贴图仍然有其自身的一些优点，又或者是其他原因，现在的主流引擎仍然为它留下了使用接口。
但是，工具是需要贴合使用者的。
方便、易用才是最好的宣传。
美术人员不是技术人员，微波炉再先进，你让我用微波炉做雪糕，也是为难。
以上只是我对那个年代的感慨。
可以看到，任何一种革命性的技术和方法出现后，都会经历一段时间的混沌期。
虽然当时会感到一定程度的痛苦和迷茫，但是事后回忆，也有一定的乐趣存在。
这篇文章不是纯粹的技术分享，而是对彼时业内情况的回忆。
作为这一段乱世的参与者，我发现中文网络环境中没有什么资料将这一段历史科普给大家，这让人颇为遗憾……所以，我尽量以人人都能看得懂的语言说明当时发生了什么。
不知道下一次的图形革命又会是什么？我听说虚幻 5 的多边形支持数已经达到了亿级，或许很多贴图和制作流程会被淘汰掉。
不过，现在我已经彻底来到了独立游戏这个赛道，很多新技术来到我身边的那一天，或许还有很久。
参考资料：http://blog.wolfire.com/2015/10/Physically-based-renderinghttps://www.chaos.com/cn/blog/what-is-pbr-physically-based-rendering-a-complete-guidehttps://zhuanlan.zhihu.com/p/53086060https://www.modding-forum.com/guide/17-diffuse-specular-and-normal-maps/https://cgobsession.com/complete-guide-to-texture-map-types/https://www.chaos.com/blog/what-is-pbr-physically-based-rendering-a-complete-guidehttp://wedesignvirtual.com/what-does-a-specular-map-do/* 本文为用户投稿，不代表 indienova 观点。