URP 渲染实战 / 第 10 章 逐行读懂 URP Lit / 案例 10.3
案例 10.3白炉测试：URP 的直接高光守恒吗高阶
目标：用第 9 章案例 9.7 的方法，对 URP 的 DirectBRDFSpecular 做白炉测试（F0 = 1），与标准 GGX 对比。
采样仍按 GGX 的 进行，被积函数换成 URP 的公式。注意 DirectBRDFSpecular 按 Unity 约定已经乘了 ，积分前要除回去，还原成真正的 BRDF：
Assets/Cookbook/Ch10/SpecFurnace.shader（节选：estimate）
half4 frag(Varyings i) : SV_Target { float3 N = normalize(i.normalWS); float3 V = GetWorldSpaceNormalizeViewDir(i.positionWS); float NoV = max(dot(N, V), 1e-4); half alpha = 1; BRDFData brdf; InitializeBRDFData(half3(1, 1, 1), 1.0, 0, _Smoothness, alpha, brdf); // F0 = 1 float a = brdf.roughness; float3 up = abs(N.y) < 0.999 ? float3(0, 1, 0) : float3(1, 0, 0); float3 T = normalize(cross(up, N)), B = cross(N, T); uint count = (uint)_SampleCount; float sum = 0; for (uint k = 0; k < count; k++) { float2 xi = float2((k + 0.5) / count, RadicalInverse(k)); float cosT = sqrt((1 - xi.x) / (1 + (a * a - 1) * xi.x)); float sinT = sqrt(1 - cosT * cosT), phi = TWO_PI * xi.y; float3 H = T * (sinT * cos(phi)) + B * (sinT * sin(phi)) + N * cosT; float3 L = reflect(-V, H); float NoL = dot(N, L); if (NoL <= 0) continue; float NoH = saturate(dot(N, H)), VoH = saturate(dot(V, H)); float pdf = D_GGX(NoH, a) * NoH / (4 * VoH); // 按 GGX 抽样的概率密度 float f = (_Mode < 0.5) ? DirectBRDFSpecular(brdf, N, L, V) * INV_PI // 去掉 Unity 约定里的 π，还原成 BRDF : D_GGX(NoH, a) * V_SmithJointGGX(NoL, NoV, a); // F = 1 sum += f * NoL / max(pdf, 1e-6); } float E = sum / count; return half4(_EnvColor.rgb * E, 1); }
void main() { vec3 N = normalize(normalWS); vec3 V = GetWorldSpaceNormalizeViewDir(positionWS); float NoV = max(dot(N, V), 1e-4); float alpha = 1.0; BRDFData brdf; InitializeBRDFData(vec3(1.0), 1.0, vec3(0.0), _Smoothness, alpha, brdf); // F0 = 1 float a = brdf.roughness; vec3 up = abs(N.y) < 0.999 ? vec3(0, 1, 0) : vec3(1, 0, 0); vec3 T = normalize(cross(up, N)), B = cross(N, T); uint count = uint(_SampleCount); float sum = 0.0; for (uint k = 0u; k < count; k++) { vec2 xi = vec2((float(k) + 0.5) / float(count), RadicalInverse(k)); float cosT = sqrt((1.0 - xi.x) / (1.0 + (a * a - 1.0) * xi.x)); float sinT = sqrt(1.0 - cosT * cosT), phi = TWO_PI * xi.y; vec3 H = T * (sinT * cos(phi)) + B * (sinT * sin(phi)) + N * cosT; vec3 L = reflect(-V, H); float NoL = dot(N, L); if (NoL <= 0.0) continue; float NoH = saturate(dot(N, H)), VoH = saturate(dot(V, H)); float pdf = D_GGX(NoH, a) * NoH / (4.0 * VoH); // 按 GGX 抽样的概率密度 float f = (_Mode < 0.5) ? DirectBRDFSpecular(brdf, N, L, V) * INV_PI // 去掉 Unity 约定里的 π，还原成 BRDF : D_GGX(NoH, a) * V_SmithJointGGX(NoL, NoV, a); // F = 1 sum += f * NoL / max(pdf, 1e-6); } float E = sum / float(count); fragColor = vec4(_EnvColor.rgb * E, 1.0); }
结论很清楚：在 F0 = 1、粗糙度较低时，URP 的直接高光近似会反射出比入射更多的能量（约 1.8 倍），违反能量守恒；在粗糙度较高时又比标准公式更暗。实际材质的 F0 远小于 1（电介质 0.04），这个“多出来的能量”绝对值很小，加上直接高光只占画面的一小部分，所以日常使用中不易察觉。但如果你在做材质校准、或者把 URP Lit 的结果和离线渲染器、HDRP、第 11 章手写的标准 PBR 并排比较，就会发现光滑材质的直接高光亮度有系统性差异——原因就在这里。
提示如果项目确实需要更标准的直接高光，不必改 URP 源码：像案例 10.1 那样写自己的 Lit，在光照循环里把
DirectBRDFSpecular 替换成 DV_SmithJointGGX(NoH, NoL, NoV, roughness) * F_Schlick(...) * PI 即可（core 已提供 D 与 V 合并优化后的 DV_SmithJointGGX）。代价是每盏灯多一个平方根和若干乘法，移动端要权衡。