【光照】[漫反射]UnityURP兰伯特能量守恒吗?

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兰伯特漫反射的能量守恒性

‌能量守恒基本原理‌

在物理正确的渲染中，能量守恒要求：

• 表面反射的光能总量 ≤ 入射光能
  
• 漫反射+高光反射 ≤ 1.0
  
• 没有能量凭空产生或消失
  

‌经典兰伯特模型的能量守恒问题‌

传统兰伯特漫反射公式：

$漫反射 = 表面反照率 × max(0, N·L)$
‌不守恒的原因‌：

• ‌缺乏归一化因子‌：
  
  
  
  • 半球积分结果应为π，但兰伯特模型直接使用N·L
    
  • 正确公式应为：$漫反射 = 表面反照率 / π × max(0, N·L)$
    
  
  
• ‌反射率超标‌：
  
  
  
  • 当反照率(albedo)设为1.0时，反射率可能超过100%
    
  • 例如：N·L=1时反射率为100%，但实际应有吸收损失
    
  
  
• ‌恒定反射率‌：
  
  
  
  • 对所有入射角使用相同反射率
    
  • 现实中菲涅尔效应导致掠射角反射率增加
    
  
  

‌URP中的修正方案‌

Unity URP采用改进的兰伯特模型：

1. hlsl
2. // URP实际实现（Lighting.hlsl）
3. half diffuseTerm = saturate(dot(normal, lightDir));
4. half3 diffuse = albedo * lightColor * diffuseTerm * INV_PI;

复制代码

其中：

• INV_PI ≈ 0.31831 (1/π)
  
• 通过除以π实现能量归一化
  

PBR工作流兼容性分析

‌兼容性类型‌

兼容维度支持情况说明数据输入✅ 完全兼容使用相同的albedo贴图输入光照计算⚠️ 部分兼容缺乏物理反射特性材质工作流✅ 完全兼容支持标准材质参数后期处理✅ 完全兼容兼容HDR/Bloom等效果全局光照⚠️ 有限兼容需要特殊处理‌完全兼容的方面‌

• ‌材质参数统一‌：
  
  
  
  • 使用相同的albedo纹理和颜色参数
    
  • 支持相同的法线贴图格式
    
  
  
• ‌HDR管线整合‌：
  
  
  
  • 支持线性颜色空间
    
  • 兼容HDR渲染和自动曝光
    
  
  
• ‌后期处理协同‌：
  
  
  
  • 与Bloom效果无缝配合
    
  • 支持屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)
    
  
  

‌有限兼容的方面‌

<ul>‌能量守恒缺口‌：
graph LRA[入射光能量] --> B[经验模型]B --> C[漫反射输出]C --> D{能量总和}D --> |100%| E[违反守恒]D --> |物理模型