42 · Roughness、Metalness 与 AO：让纹理混合保持材质一致性

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完整运行案例：csm-pbr-blend.js。它生成两张线性 DataTexture，不依赖网络图片；程序化遮罩同步混合颜色、粗糙度和金属度，演示金属表面的锈蚀过渡。文件内变量 paint 是蓝色表面样本的名字，演示中把它视为带色裸金属；真实不透明油漆是非金属覆盖层，不能照抄其 metalness 值。

1. csm_Roughness 覆盖的是已采样 factor

CSM 6.4.0 默认 csm_Roughness = roughness，实际补丁为：

#include <roughnessmap_fragment>
roughnessFactor = csm_Roughness;

原来的 chunk 先计算 roughness × roughnessMap.g，CSM 随后把这个结果覆盖。因此写 csm_Roughness *= 0.5 只是把材质 roughness 减半，不是把已经乘上 roughnessMap 的值减半。

若需要保留内置贴图：

void main() {
  #ifdef USE_ROUGHNESSMAP
    csm_Roughness *= texture2D(roughnessMap, vRoughnessMapUv).g;
  #endif
  csm_Roughness = clamp(csm_Roughness * uDemoRoughnessScale, 0.0, 1.0);
}

这会在源码中保留内置采样又覆盖其结果，编译器可能消除无用计算，但不要把优化效果视为保证。完全程序化时不需要放一张“占位 roughnessMap”；直接输出需要的数值即可。Uniform 更新不改变 shader 结构。

后面 lights_physical_fragment 仍设置最小粗糙度、加入 geometryRoughness 并限制上界，所以输出 0 不一定得到理想数学镜面。粗糙度控制微表面方向分布，而不是简单“把高光变暗”。对照实验应保持灯光、颜色和相机相同。

2. csm_Metalness 具有相同的覆盖语义

#include <metalnessmap_fragment>
metalnessFactor = csm_Metalness;

默认是 material.metalness；内置 metalnessMap 使用 B 通道，但其结果会被覆盖。需要时自行乘 texture2D(metalnessMap, vMetalnessMapUv).b。金属度 0 表示非金属，1 表示金属；过渡值适合纹理边界覆盖率或艺术化混合，不应把普通塑料设成 0.5 来“增强高光”。

Standard/Physical 根据 metalness 同时改变漫反射贡献和镜面反射颜色：

C_{\text{diffuse contribution}}=C_{\text{base}}(1-m)

因此金属在没有适当照明/环境时可能显得很暗。示例用直接灯光展示差异；生产商品展示通常还需要合理的环境照明，不能用提升 emissive 掩盖缺少环境的问题。

3. csm_AO 的 0 与常见 AO 贴图恰好相反

它默认是 0。补丁保留内置 AO，然后追加：

#include <aomap_fragment>
reflectedLight.indirectDiffuse *= 1.0 - csm_AO;

所以 csm_AO 表示额外遮蔽量：0 不遮蔽，1 完全去除间接漫反射。常规 AO 纹理白色通常表示无遮挡，若数据为可见度 visibility，应写 csm_AO = 1.0 - visibility。

它不覆盖内置 aoMap，二者会叠加；也不重做内置 AO 对间接镜面项等分量的完整处理。这个 CSM 补丁只改 indirectDiffuse，不直接压暗直射光、高光或自发光。在纯金属表面，漫反射本就接近零，因此效果可能几乎看不见。

csm_AO = clamp(cavityMask * uDemoOcclusion, 0.0, 1.0);

这是凹槽的近似环境遮蔽，不是几何阴影，也不能检测动态遮挡。示例仅用锈蚀遮罩演示数值通路，真实资产应从几何或烘焙数据获取合理 cavity/AO，而不是认为所有锈斑都处于阴影中。

4. 实践：同一遮罩驱动一组表面属性

设遮罩 $w\in[0,1]$ ，两种表面的属性分别为 A 和 B：

C=(1-w)C_A+wC_B,\quad r=(1-w)r_A+wr_B,\quad m=(1-w)m_A+wm_B

vec3 surfaceA = texture2D(uDemoPaint, vDemoUv * 4.0).rgb;
vec3 surfaceB = texture2D(uDemoRust, vDemoUv * 4.0).rgb;
csm_DiffuseColor = vec4(mix(surfaceA, surfaceB, mask), 1.0);
csm_Roughness = mix(0.24, 0.92, mask);
csm_Metalness = mix(0.8, 0.0, mask);

只混颜色时锈斑仍拥有原来光滑金属的高光，视觉上像印刷图案；同步改变粗糙度和金属度，才表达表面材料变化。mask 的过渡宽度避免硬阈值闪烁，但过窄仍可能混叠。

示例 DataTexture 的 RGB 字节由线性数值生成，并标记 LinearSRGBColorSpace。若替换成外部 PNG/JPEG 的基础色照片，通常应标记 SRGBColorSpace；roughness、metalness、mask 保持 NoColorSpace。不要把颜色和数值纹理都设置成 sRGB，也不要对已经正确解码的采样再手写 pow。

增加 normal 纹理时，还必须考虑切线空间、重新归一化和混合方法。两个编码在 [0,1] 的 RGB 直接混合不是通用的法线叠加算法；同一 UV 坐标框架下的表面过渡与细节法线叠加也不是同一种操作。

5. 性能与资源

案例每片元两次纹理采样和少量三角函数；不应把这种示范直接扩展成十几层高频纹理。共用遮罩，按实际设备观察成本。两张纹理放在 uniforms 中，runtime 的 dispose 会收集它们；每帧只更新覆盖阈值，不重新创建材质或纹理。

6. 练习（不附答案）

给材质设置 roughnessMap，验证只写 csm_Roughness *= 0.5 为什么没有保留贴图变化，再显式恢复 G 通道采样。
把蓝色区域改成真正的油漆覆盖层，为它选择合理金属度，并说明与裸金属的区别。
暂时移除 HemisphereLight，只保留 DirectionalLight，解释 AO 效果为何减弱或消失。
用 RGBA 数据纹理打包遮罩、粗糙度和金属度，设计通道约定并减少纹理采样次数。