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虚拟现实和增强现实之渲染和显示算法：PBR（基于物理的
渲染）：全局光照算法与实现
1 绪论
1.1 PBR 与全局光照的重要性
在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）领域，基于物理的渲染（PBR）和全
局光照算法是实现逼真视觉效果的关键技术。PBR 通过模拟真实世界的光照和
材质属性，使得虚拟物体在不同光照条件下表现出与现实世界中相似的外观。
全局光照算法则进一步提升了渲染的真实感，通过计算间接光照和环境反射，
模拟光线在场景中的多次反弹，从而创造出更加自然和沉浸的光照效果。
1.1.1 光照挑战
虚拟现实与增强现实中的光照挑战主要来源于两个方面：一是如何准确模
拟真实世界的光照环境，包括直接光照和间接光照；二是如何高效计算这些光
照效果，以满足实时渲染的需求。在 VR 和 AR 中，用户可以自由移动，视角不
断变化，这就要求光照计算必须能够快速适应这些变化，同时保持高质量的视
觉效果。
1.2 虚拟现实与增强现实中的光照挑战
在虚拟和增强现实环境中，光照的模拟不仅要考虑到光源的直接照射，还
要考虑到光线在物体表面的反射、折射以及环境光的影响。这些因素共同作用，
决定了场景的最终视觉效果。然而，要实现这种真实感的光照效果，面临着以
下主要挑战：
1. 计算复杂性：全局光照算法需要计算光线在场景中的多次反弹，
这在计算上是非常昂贵的，尤其是在需要实时渲染的 VR 和 AR 应用中。
2. 动态光照：用户在虚拟环境中的移动会导致光照条件的快速变化，
如何实时更新光照效果，以保持场景的真实感，是一个难题。
3. 材质属性：不同的材质对光线的反射和吸收有不同的特性，PBR
要求准确模拟这些材质属性，以实现真实感的渲染效果。
4. 环境光：环境光对场景的整体氛围有重要影响，如何准确模拟环
境光，包括天空光、地面反射光等，是提升渲染真实感的关键。
1.2.1 示例：PBR 材质属性模拟
在 PBR 中，材质属性通常通过一组参数来描述，包括金属度（Metallic）、
粗糙度（Roughness）、基础颜色（Base Color）等。下面是一个使用 Unity 的
Shader Graph 来模拟 PBR 材质的简单示例：
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