Fresnel Effect （8）

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在基於物理的著色中，作為BRDF的係數的菲涅爾反射係數也扮演者一個關鍵的角色。正如法國物理學家 Augustin-Jean菲涅耳所觀察的，菲涅耳效應陳述了你看到的表面反射光的量取決於你察覺到光的觀看角度。

舉個栗子，想像有一池子水，如果你垂直（水面）向下看，你可以看到水底。以這種方式觀看水面的會是0度或者稱為垂直入射（法線入射）。現在，如果你以掠射觀看水面，以更加平行於水面的觀看方式，你將會看到水面的鏡面反射更強烈並且你或許一點都不能看到水面下了。

菲涅爾效應不是我們在PBR里所控制的某些正如我們在傳統著色器里做的事。進一步講，這是PBR替我們處理的另一個物理方面的事。當觀察表面達到掠射角時，所有的光滑表面將會接近100%反射，此時入射角為90度。

對於粗糙的表面，雖然反射會越來越鏡面，但是我們無法達到100%的鏡面反射。造成這個的是每個微表面的法線與光線的夾角而不是宏觀表面的法線與光線的夾角。因為光線被分散成不同的方向，所以反射會更柔和或更暗。你從宏觀層面得到的有點像所有菲涅爾現象的平均值。

F0 (Fresnel Reflectance at 0 Degrees)

當光線垂直（0度角）撞擊表面時，有一些百分比的光被鏡面反射回來。通過使用折射率，你可以算出被反射回來的量，這稱為F0(菲涅爾0)，如圖所示。折射部分的光量為1-F0.

對於大部分電介質，F0的範圍是0.02到0.05,而對於導體F0的範圍為0.5到1.0，因此，一個表面的反射度由折射率決定，如圖裡的公式所示，來自Sebastien Lagarde的"Feeding a Physically-based Shading Model"。

F0反射率值正是我們在創作我們的紋理貼圖是所關心的。非金屬（電介質/絕緣體）將具有灰度值而金屬（導體）將具有RGB值。

關於PBR和對反射率的藝術解釋，我們可以說對於一個普通的電介質表面，F0會反射光的2%到5%並且在掠射角反射100%，正如圖所示。

電介質（非金屬）反射值實際上不會很大幅度改變。事實上，當粗糙度變化時，值的實際變化很難看出。但是，這些值中有差異。如圖所示，你可以看到一張表格，展示了金屬材質和非金屬材質的F0範圍。

注意非金屬的範圍不會相互之間大幅度偏離。寶石是一個例外，有更高的值。接下來我們會討論F0，會明確涉及到導體和絕緣體。