基于物理渲染材质(glTF)

Author: Charley

基于物理渲染材质(glTF)是LayaAir引擎中遵循glTF标准的PBR材质类型，对应的引擎类为 PBRMaterial。它与PBR标准材质（PBRStandardMaterial）共享大部分PBR属性，但在工作流和用途上有所不同。glTF PBR材质主要用于导入glTF/glb格式模型时自动关联的材质，同时也可以在IDE中手动创建使用。

一、glTF PBR材质概述

1.1 什么是glTF

glTF（GL Transmission Format）是由Khronos Group制定的3D资产传输格式标准，被称为”3D界的JPEG”。glTF格式支持网格、材质、纹理、动画、骨骼等数据的高效传输和加载。

glTF标准定义了一套基于物理的材质模型（PBR Metallic-Roughness），即金属度-粗糙度工作流。LayaAir引擎的 PBRMaterial 类正是对这一标准的实现。

1.2 与PBR标准材质的关系

在LayaAir引擎中，PBR材质的类继承关系为：

Material → PBRMaterial → PBRStandardMaterial

PBRMaterial：PBR材质基类，包含所有通用PBR属性（反照率、法线、遮蔽、自发光、各向异性、清漆层等）。在IDE中对应 PBR(glTF) Shader；
PBRStandardMaterial：继承自 PBRMaterial，额外增加了金属度（metallic）和光滑度数据源（smoothnessSource）等属性。在IDE中对应 PBR(Standard) Shader。

1.3 两者的主要区别

对比项	PBR(glTF) / PBRMaterial	PBR(Standard) / PBRStandardMaterial
金属度属性	通过基类统一设置	提供独立的 `metallic` 属性
金属光滑度贴图	无独立属性	提供 `metallicGlossTexture`
光滑度数据源	无	提供 `smoothnessSource` 选择
典型用途	glTF/glb模型导入	IDE中手动创建PBR材质
glTF标准兼容	完全兼容	在glTF基础上扩展

1.4 适用场景

导入glTF/glb模型：当在IDE中导入glTF或glb格式模型时，模型内嵌的材质会自动使用 PBRMaterial；
跨平台/跨引擎资产共享：glTF是通用的3D格式标准，使用glTF PBR材质可以保持与其他软件（如Blender、3ds Max glTF导出器等）的材质一致性；
标准PBR工作流：遵循Khronos标准的金属度-粗糙度工作流。

二、反照率（Albedo）

2.1 反照率颜色（albedoColor）

albedoColor 属性定义材质表面的基础颜色，类型为 Color。对应glTF标准中的 baseColorFactor。

（图2-1）

2.2 反照率贴图（albedoTexture）

albedoTexture 属性用于设置基础颜色贴图，对应glTF标准中的 baseColorTexture。贴图颜色与 albedoColor 相乘后决定最终基础颜色。

2.3 纹理平铺和偏移（tilingOffset）

tilingOffset 属性控制纹理在模型表面的重复和偏移，类型为 Vector4（X/Y为重复次数，Z/W为偏移量）。

三、光滑度（Smoothness）

3.1 光滑度（smoothness）

smoothness 属性描述表面的光滑程度，取值范围为0到1。光滑度越高，表面越光滑，镜面反射越强。

注意：glTF标准使用”粗糙度”（roughness）概念，其中 粗糙度 = 1 - 光滑度。LayaAir引擎统一使用光滑度进行参数设置。

3.2 光滑度贴图缩放（smoothnessTextureScale）

smoothnessTextureScale 属性用于缩放贴图中的光滑度值。

四、法线贴图（Normal Map）

4.1 法线贴图（normalTexture）

normalTexture 属性设置法线贴图，用于模拟表面凹凸细节。

4.2 法线贴图缩放系数（normalTextureScale）

normalTextureScale 属性控制法线贴图的影响强度。值越大，凹凸效果越明显。

五、遮蔽贴图（Occlusion Map）

5.1 遮蔽贴图（occlusionTexture）

occlusionTexture 属性设置环境光遮蔽贴图（AO），对应glTF标准中的 occlusionTexture。

5.2 遮蔽贴图强度（occlusionTextureStrength）

occlusionTextureStrength 属性控制遮蔽效果的强度，取值范围为0到1。

六、自发光（Emission）

6.1 开启自发光（enableEmission）

设置 enableEmission 为 true 开启自发光。对应glTF标准中的 emissiveFactor 和 emissiveTexture。

6.2 自发光属性

属性	类型	说明
`emissionColor`	Color	自发光颜色
`emissionTexture`	BaseTexture	自发光贴图
`emissionIntensity`	number	自发光强度

七、各向异性（Anisotropy）

7.1 开启各向异性（anisotropyEnable）

设置 anisotropyEnable 为 true 开启各向异性反射。

7.2 各向异性属性

属性	类型	说明
`anisotropy`	number	各向异性强度
`anisotropyRotation`	number	各向异性在切线空间中的旋转角度
`anisotropyTexture`	Texture2D	各向异性强度贴图

八、清漆层（Clear Coat）

8.1 开启清漆层（clearCoatEnable）

设置 clearCoatEnable 为 true 开启清漆层效果。对应glTF的 KHR_materials_clearcoat 扩展。

8.2 清漆层属性

属性	类型	说明
`clearCoat`	number	清漆层强度
`clearCoatRoughness`	number	清漆层粗糙度
`clearCoatTexture`	BaseTexture	清漆层强度贴图
`clearCoatRoughnessTexture`	BaseTexture	清漆层粗糙度贴图
`clearCoatNormalTexture`	BaseTexture	清漆层法线贴图

九、细节贴图与视差贴图

9.1 细节贴图

属性	类型	说明
`detailAlbedoTexture`	BaseTexture	细节反照率贴图
`detailNormalTexture`	BaseTexture	细节法线贴图
`detailNormalScale`	number	细节法线缩放系数
`detailTilingOffset`	Vector4	细节贴图的平铺和偏移

9.2 视差贴图

属性	类型	说明
`parallaxTexture`	BaseTexture	视差贴图
`parallaxTextureScale`	number	视差贴图缩放系数

十、渲染模式与渲染质量

10.1 渲染模式（renderMode）

渲染模式	值	说明
Opaque	0	不透明渲染
Cutout	1	Alpha裁剪
Fade	2	透明混合，游戏中经常使用的透明
Transparent	3	透明混合，物理上看似合理的透明

10.2 渲染质量（renderQuality）

renderQuality 属性用于设置PBR渲染质量，类型为 PBRRenderQuality 枚举，可在高质量（High）和低质量之间切换以适应不同平台的性能需求。默认值为 PBRRenderQuality.High。

十一、代码示例

11.1 加载glTF模型（材质自动创建）

PBRMaterial 是抽象基类，不能直接实例化。在实际使用中，通过导入 glTF/glb 模型，引擎会自动创建 PBRMaterial 实例并关联到模型上：

// 加载glTF/glb模型，材质会自动使用PBRMaterial
Laya.loader.load("res/model/scene.gltf").then((res: any) => {
    let modelNode = res.create();
    scene3D.addChild(modelNode);
});

11.2 手动创建PBR材质

如果需要在代码中手动创建PBR材质，应使用其子类 PBRStandardMaterial。PBRStandardMaterial 继承了 PBRMaterial 的所有属性，同时扩展了金属度等属性：

// PBRMaterial为抽象类，手动创建时使用子类PBRStandardMaterial
let pbrMat = new Laya.PBRStandardMaterial();

// 设置基础颜色
pbrMat.albedoColor = new Laya.Color(0.9, 0.9, 0.9, 1.0);

// 设置光滑度（继承自PBRMaterial的属性）
pbrMat.smoothness = 0.6;

// 加载纹理
Laya.loader.load("res/texture/baseColor.png").then((tex: Laya.Texture2D) => {
    pbrMat.albedoTexture = tex;
});

// 应用到模型
let meshRenderer = sprite3D.getComponent(Laya.MeshRenderer);
meshRenderer.sharedMaterial = pbrMat;

十二、注意事项

导入模型自动使用：通过IDE导入glTF/glb模型时，材质会自动使用glTF PBR类型，开发者一般不需要手动切换。
与标准PBR可互换：glTF PBR材质和标准PBR材质共享大部分属性。如需使用金属度等扩展属性，可在IDE中将Shader切换为PBR(Standard)。
glTF扩展支持：LayaAir引擎支持glTF的多种材质扩展（KHR_materials_clearcoat、KHR_materials_anisotropy等），导入模型时会自动解析这些扩展属性。
默认渲染质量：renderQuality 默认为高质量模式。在移动设备等低端平台上，可适当降低渲染质量以提升性能。