在说PBR之前，笔者先从个人角度谈一下对于三维制作的一些理解，这将有助于对三维开发感到陌生用户更好地理解后续的内容。三维在制作到呈现的过程中，通常需要经过以下几个环节：

1.原稿设计

从字面上就很好理解这一步需要做什么，三维设计师在一个项目开始前，通常都会进行原稿设计，原稿当中呈现的元素，通常是设计师需要在三维制作软件中呈现的效果，它是一切设计创作的蓝本，设计师会在原稿的勾画过程中对于空间关系、光线阴影等因素做细致的考量。

“阳光教室”三维空间设计原稿

2.模型架构

到了这一步，模型架构师会手持原稿上线，利用3DsMAX、Maya、Cinema4D、Zbrush或Quixel SUITE等工具，通过点、线、面和一些基本图形来构架更为复杂的三维模型，经过多年的软件发展，这些应用当中产生的“白模”（也称为素模，指的是未经添加材质、色彩、骨骼、动作等信息的基础三维模型）通常可以互通使用。在这些软件当中，你通常可以看到一些灰白色的模型呈现出来，类似于现实生活中的石膏像，它们表面能够有一些高光和阴影，有些还可能覆盖线框，这些可以帮助架构师判断立体信息是否正确，但并不代表最终效果。

 “阳光教室”三维空间设白模示例

3.材质贴图

笔者认为材质贴图是拉开设计师水平的关键一步，如果白模只像是石膏像的话，这一步才会让你真的一眼识别出设计师究竟在做什么东西，设计师们往往通过调整材质编辑器的参数来编辑材质信息，如玻璃、金属、木材等等，并把编辑好的材质赋予模型，这些材质参数会规定好某一个物体在光线下产生的反应，以便人眼可以快速的识别出它是什么。好的设计师会借助对现实物理世界的理解来定义参数，让这个物体在虚拟世界当中更像它处在现实当中的样子，也就是我们口中说的“更真实”，有些模型因为用途的不同，还需要进行UVmap的拓扑，相当于把模型的表面剖开并全部压平在一个平面图上，以便设计师根据需要进行贴图编辑。当然，有些设计师在做材质贴图的时候，需要同时进行下一步操作——架设灯光。

完成材质贴图的三维场景      

        场景内灯光照明的三维场景

4.灯光阴影

模型架构完毕并被赋予了材质贴图后，灯光师就可以接手了，他们会根据场景的用途和需要来设定灯光的位置、角度、范围、强弱、衰减、色彩等诸多信息，这些因素可以说决定了模型最终呈出的样子。和影视拍摄一样，好的灯光师不一定会摄像，但好的摄像师一定会架设灯光，在三维的架设当中，这个原理同样存在，毕竟没有光源，就没有颜色，也就没有人眼所能看到的一切。

5.用途定制

我们知道三维模型或者场景有很多的应用情景，比如物理模拟、建筑表现、机械设计、游戏开发、影视制作等等，在这一步设计师会根据三维图形不同的用途来进行后续的操作，有的需要对虚拟人物进行骨骼绑定，有些需要架设虚拟摄像机，在这里我们不做展开。

6.渲染呈现

到了渲染环节，往往是三维图形制作环节的最后一步，它需要由计算机来进行操作，其实就是由计算机来做工作总结——计算机在白模的基础上，加上设计师定义好的材质和贴图，配合光照信息模拟模型表面的粗糙度，计算好不同物体和光线来源之间的反射、折射关系，综合虚拟摄像机、模型绑定、动画动作等设定，进行最后图像的合成运算。当然，这一步需要计算机拥有非常好的性能，因为渲染过程当中每秒运算的数据量是非常庞大的数字。依照经验和个人理解笔者将渲染环节分成两个大类——预渲染和实时渲染。笔者认为不需要用户端来进行渲染操作的，都可以称为预渲染，比如建筑表现，三维软件输出的是建筑竣工后的图片或者视频，作为受众只需要有一个屏幕能够看到就可以了，用户端并不需要进行渲染运算；而实时渲染是说用户端的渲染，代表案例就是当前的一些主流3D游戏，它们需要用户有足够高的配置来解算游戏的文件包，将游戏画面最终呈现在玩家眼前，玩家操作虚拟人物游走于不同的场景，这个过程实际就是一个实时渲染的过程。

 “阳光教室”场景最终渲染效果

说到实时渲染，终于可以请出我们的主角了——PBR。PBR的全称是Physicallly-Based Rendering。简单的就字面含义可以看出，这是一种基于物理规律模拟的一种实时渲染技术，也最早用于电影的照片级渲染。近几年由于硬件性能的不断提高，已经大量运用于PC游戏与主机游戏的实时渲染。几款著名的3D引擎均有了各自的实现(UnrealEngine 4, CryEngine 3, Unity 3D 5)。^[3]在PBR出现之前，限于软硬件的发展程度和所处水平，所有的3D渲染引擎，更多的着重在于实现3D效果。当时这种3D效果模拟出来的虚拟模型有了空间感和立体感，但是往往给人不真实的感觉，就是会觉得特别的假。为了增强模型的真实感，PBR就是一套用来让模拟出来的模型更真实的渲染技术。这种渲染技术，是基于真实的物理世界的，考虑了真实物理世界的成像规律在内。对于进阶用户和爱好者而言，去深入地理解PBR不仅需要掌握成像原理和光学理论，还要经过其他一系列系统地研究和学习，而作为普通用户，我们在此不再赘述专业的知识理论，只来探讨一下应用了PBR技术的TVS-2000A和其它三维虚拟演播室系统有什么区别。笔者汇总了以下几个方面：

1.更加逼真的空间环境

根据笔者的调查，目前在国内全部的入门专业级（单机售价30万元以下） 虚拟演播系统当中，仅有洋铭的TVS-2000A应用了PBR技术，这也令相当一部分三维开发者和专业爱好者为之振奋。PBR技术可以使TVS-2000A在实时渲染的基础上，实现“以假乱真”的虚拟空间效果，无论是材质反馈、灯光效果还是细节处理，较其他引擎渲染的三维空间都有质的飞跃。举例来说，笔者也曾测试过其它两款三维虚拟演播室产品，这些产品都是利用烘焙贴图模型实现三维空间呈现的，这种方式虽然可以很快速地实现实时渲染，但却有一个根本性的问题，就是场景物体表面的高光、阴影、反射都是“定格”在物体表面的，当你试着移动场景内的虚拟摄像机时，你会惊讶的发现，物体表面的高光并不会因为虚拟摄像机所处位置的变化而改变，你视网膜接受的信号会迅速告诉你的大脑——“你看到的是假的。”当你把场景当中的某一个物体移动到场景外的时候，它在黑漆漆的环境中，依然维持着它原本的样子，这就反应出一个问题——没有实时的环境和光线反馈，这是大脑判定真假的重要证据。而这种问题在TVS-2000A中是不存在的，当你将它内置的三维场景当中的某一个物体移出光照区，它会因为失去光照而变得不容易被发现，有了真实的环境和光线反馈，大脑就会取消警惕状态，甚至被迷惑，这就是实时物理渲染的魅力所在。

        反恐精英v1.3画面截图            

使命召唤11画面截图

举个例子，喜爱电脑三维枪战游戏的朋友都玩过《反恐精英》（Counter-Strike,以下简称CS），早期版本的CS地图就是典型的烘焙贴图场景，玩家在场景中，是看不到一棵树随风飘动，且阴影随之投射在地面上的，更不要提同一场景下的白天黑夜变化了，因为光照和阴影信息已经通过预渲染压在了模型表面，它并不能随着模型的移动或光照的改变而变化，由此换来最大程度的兼容性和流畅性。当然，在计算机性能匮乏的年代，为了能够保证三维游戏的流畅度，这几乎也是唯一选择。随着信息技术的发展，曾经理想的事情已经变成现实，我们可以看到目前的枪战游戏《使命召唤》（Call of Duty）已经可以通过实时渲染技术实现照片般的画面效果了，在部分场景下，玩家甚至无法分辨眼前的画面是真实图像还是三维场景。这种飞跃在三维图形领域是一种飞跃，也代表了未来诸多科技企业的深耕方向，这就是为什么笔者在文章开头的时候会说TVS-2000A代表了三维虚拟演播系统未来的一种发展趋势。

2.更加便捷的场景定制

相比以往内置在TVS-1000/1200当中的“3D小画家”功能，内置在TVS-2000A当中的场景编辑器才真正当的起“3D”这个头衔，因为这个场景编辑器是真正地在编辑三维的场景，而不像以往的3D小画家是在通过拼叠图片来营造“3D”的感觉。TVS-2000A的场景编辑器相当于一个简化版的3DsMAX三维开发工具，在其中你可以随意移动、缩放、旋转模型，甚至添加或删除它们，同时你还可以改变模型的材质信息以及场景的光照条件，借助实时渲染的强大功能，你可以通过移动灯光来改变场景模型呈现出的立体效果，甚至改变场景白天或黑夜的设定，在这里不需要经过漫长的学习，就可以体验一把当三维设计师快感。当然这一切的重点意义在于你可以自由控制和定制你所需要的场景，根据你录制的需要来布局你的拍摄空间，且这并不需要以牺牲画面真实感为代价，更不需要付出大量的时间来学习三维软件的操作。

3.更加强大的硬件性能

笔者在以往从事三维场景设计工作时，通常会率先搭建“渲染农场”，因为复杂一些的场景，内置模型数往往会过百，而构成这些模型的面通常数量会突破千万面，电脑要计算每个面的材质、光照信息等一系列数据绝非易事，一张精细的图片渲染起来，普通工作站平均都需要数小时来完成，为了保障工作效率，笔者会将多台48核心（CPU）工作站通过网络组建成“渲染农场”，一张图片的模型信息会通过网络分流到各个工作站来分区渲染，渲染时间可以锐减到每张10分钟。效率虽然提高了，但为之付出的成本却不可不谓高昂，毕竟一台服务器的售价就已高于25万元人民币。基于PBR的实时渲染引擎可谓是像笔者一样的开发者们的福音，因为它帮助开发者们省去了渲染所需的时间及成本投入。换另一个角度思考，基于PBR的实时渲染让TVS-2000可以每秒最大输出60张渲染好的场景图（60帧），这也直接反映出了TVS-2000A强大的硬件性能，对于用户和开发者而言是可靠后台保障。