使用物理光照的遊戲列表裡面又多了一個有力的成員--farcry3.
這裡主要講了3個方面：
- diffuse貼圖的矯正
- 天空盒與sky lighting
- shading model的選擇
why physical?提到physicallighting時候，一般的官方回答：
- 真實的光照效果
- 在多變光照環境下，材質始終表現正確
這裡我想補充一點就是，如果不是physicallighting，那麼什麼樣呢？其實我們只有兩個選擇，基於真實理論的，或者基於hack，跟著感覺走硬湊的。真實理論的就是physicallighting。跟著感覺走硬湊就要面臨這樣的問題，在一個光照環境下是對的，但是換一個環境就不對了，當然也可能美術和程式都特別牛，經過猛烈的一頓調整之後，在所有情況下都是對的了，那麼這個結果就一定是physicallighting的，只不過一個是直接在眾多研究者，程式員的基礎上直接抵達，一個是經過大量嘗試曲線救國。
diffuse貼圖的矯正這裡一個概念是albedo:是指在某一個角度上，反射的能量與入射的能量的比值。這裡主要討論diffuse albedo，標準的diffuse貼圖就是描述材質漫反射的一個屬性，是不能帶有額外的光照資訊（也包括shadow，ao。。。）。但是實際我們去diffuse貼圖的時候，基本都是從照片中取出來，這樣就不可避免的帶有光照資訊。比如說我們要刻畫一個乳白色的牆，但是我們在夕陽下的照片是發黃的，這樣就沒法正確的描述嗆得乳白色的特性，同樣道理，直接陽光下的過白，有陰影等都影響了diffuse屬性的表達。為了達到光照正確，我們需要對diffuse貼圖進行一系列的矯正。這裡farcry3用的方法是：
- 貼圖都是自己拍的照片
- 拍的時候使用一個叫macbeth color checker，就是圖裡面的那個調色盤
- 然後使用一個photoshop script來根據調色盤的顏色值與標準的顏色值的差別，進而計算出如何進行計算才能將照片中貼圖去光照資訊。
幾個實踐中的問題，f1， arcry3項目組在比較後期的時候才開始做這個事情，那麼已經做好的很多貼圖並沒有通過重新拍照獲得，也沒有辦法，這個時候就看artist的功力了，好的artist可以根據經驗，以及已經較好色的texture來把這些圖片處理好。2， 美術對於diffuse albedo難以很好的理解，對於其中的光照資訊也不能很好的理解，這裡做一個區分，光照資訊部分是要調節掉的，但是shadow和ao是可以保留的，儘管最好是能夠去掉，但是這部分工作就比較難了，fc3的工具也只是去光照資訊。fc3的矯正工具還有很多可以提高的地方，比如：
- 處理camera帶來的扭曲問題
- 使用起來也不那麼便捷
sky dome與sky lighting項目初期時候，sky是使用兩個貼圖來描述的，這裡帶來兩個問題：
- 只能表現出LDR的資訊
- 沒法準確描述出天空亮度上的變化（這個變化是基於物理正確的）
後來fc3使用的天空模型是CIE sky model，
這個模型由一些描述資訊（比如描述天空是乾淨晴朗的，還是比較陰沉的，參數就是上面公示裡面的a,b,c,d,e），然後加上角度等，就可以給出非常物理正確，很自然的結果，而且：
- artist也有相當的控制力
- 自然的，而且是HDR的
- 不會有貼圖控制的帶來的解析度的問題
SkyLighting
skylighting在現在需要的是更加逼真，也就是有層次，像半晚這樣的情況，已經不能用簡單的一個顏色來代表。fc3使用的方法是根據cie sky model來把radiance資訊放到一個light probe存成sh係數（2階），然後放到shader裡去使用。然後可以讓artist降低飽和度來是的天光不要那麼藍:
但是中間發生一個問題，就是直接使用cie sky model的時候發現給出的感覺沒有照片來的“清澈”，後來發現用作參考的照片普遍使用了polarization filter，效果對比：
(右邊是有polarization filter)這個feature挺酷的，查了一下很有意思，這裡多說一下，這裡比較全偏振性是指波的震動方向和傳播方向不一致，也就是只有橫波才有偏振性。自然光在經過非金屬的反射和折射之後，偏振方向會發生變化，變化和入射的角度有關。在攝影的時候如果使用偏振鏡，就可以濾掉很多設定角度以外的偏振光，那麼很多我們不需要的光線就被幹掉了，會呈現出更加通透的感覺。實際的攝影效果果然很棒：
在清晰的瞭解了這個之後，就在cie sky model基礎上加了一個fake的polarize filter--一個artist指定的顏色，這樣sky就呈現了偏振鏡的效果了。
ShadingModelfc3早期的光照模型既不能量守恒，也沒有fresnel，暴露specular power和intensity給artist，也很不直觀。轉向physicallighting之後，在shading model的選擇上，fc3並沒有和其他的有什麼不同，也是microfacet brdf：
但是在效能的最佳化和追求上，更進一步：specular power的計算上，選取了cod7裡面一樣的gloss是[0,1], specular power = pow(2,13*g);normal distribution function:
fresnel項，一般推薦的是schlick（讀成“司庫力克”)approximation，這裡後面有個文章使用spherical gaussion approximation進行了個最佳化，兩者公式：
visibility使用schlick smith
對於visibility的最佳化和tri ace的方法很像，使用數學簡化，然後曲線逼近，最後變成：(2*specPower+1)/8。
SpecularFilter在使用physicallighting的時候，一個問題就是遠處的specular lighting有閃爍的情況。造成這個問題的一個原因就是用於計算的gloss值沒有根據材質離得遠的時候，normal的方差變化，那麼specular power也應該有相應的變化。這個方面已經有一些研究，比如LEAN和CLEAN mapping，來解決這個問題，但是消耗比較大。fc3使用的方法是toksvig map，它是使用normal的方差和gloss來重新估算specular power:
m:原先的specular power，Na:normal的方差。這樣修改texture exporter，可以在各個mipmap裡面對gloss進行相應的矯正就可以了。fc3使用的是dxt5n作為normal map的存放方案，rb通道是空出來的，fc3決定把gloss放入r通道，但是這個又對g通道的壓縮造成影響。這裡對壓縮率損失的方法，說的不是特別清楚，從文中推測是：在r通道裡面高mipmap裡不是存的矯正過得gloss，而是一個toksvig的平均值，然後使用mip0的gloss和這個toksvig的值做一個scale，得到最終的結果。
實踐的一些總結physicallighting是在fc3項目比較晚的時候引進，大幅度的提升了畫面品質，也證明這個晚一些做也是可以的。效能總體上來說，沒什麼變化，雖然計算是多了些，但是很多不必要的hack也可以移除了，兩個彼此抵消。美術這裡也可以很迅速的產生貼圖，達到生動飽和的情境的目的。
