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新的BRDF模型


WHAT IS BRDF?

什么是BRDF

“双向反射分布函数”

过去,我们的生活中没有如此花哨的词语或概念。我们所做的唯一一件事就是使用反射通道的选项。每当物理渲染引擎包括我们的生活时,我们便将我们的观点改变为世界。现在我们开始用非常细心的眼睛观察金属表面甚至桌子表面。由于这些逼真的渲染引擎,我们决定需要了解外观背后的规律。我们使用这些逼真的引擎进行了一段时间的良好管理。但是当我们决定在水中游泳时,我们并不知道,当我们深入到水中时,物理世界的数学复杂性就出现了。我们之前称为反射的内容突然变成了“反射”。多年以来,我们作为朋友认识的反思变成了“数学怪物”。我们必须面对这样的数学怪兽。我们的冒险才刚刚开始。

现在,让我们在涉及此问题之前先吓一跳:例如,看下图:

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或看看这个:

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如果您还不够害怕,那么我们将把最坏的情况保留在最后:现在看下面的公式:

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如果深入的话,所有关于BRDF和反射的问题都会出现。 这是我们提到的“数学怪兽”之一。 现在,除了不惧怕数学家的无所畏惧的数学家之外,让我们尝试使具有凡人眼光的3D画家更轻松一些。

Well let's ask again: What is BRDF?

好,让我们再问一次:什么是BRDF

BRDF实际上是一个公式化函数,您经常在我们使用了多年的反射模型中可以看到。 就像上面的公式。 因此,实际上BRDF是一个函数,此函数定义为在表面上的点“ x”处反射光(辐射能量)与入射光(辐射能量)之比。

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BRDF是最有用的反射模型之一,最早是在辐射测量领域描述的。它处理来自任何表面的光的定向分布反射。它不处理进入表面的光的一部分,仅处理反射的部分。实际上,BRDF是“双向散射表面反射分布函数(BSSRDF)”的简化版本。在BSSRDF中,也要考虑到光线进入表面的点和离开表面的位置。在BRDF中,假设表面是均匀的。因此,BSSRDF减少为BRDF

多年来我们将“反射”这一事实称为功能。这些年来只有这些反射模型发生了变化。我们使用此功能已有多年,但以前的名称是“ Phong”或“ Lambertian”或“ Blinn-Phong”。这些是相对简单的模型,不会产生物理结果。我们现在使用的是BRDF模型,例如Torrence-SparrowCook-Torrence,它们基于几年前,并且在物理渲染上产生令人满意的结果。

Energy conservation

能力守恒

任何系统中都必须确保能量守恒。因此,良好而现实的BDRF必须遵守能量守恒定律。因此,对于所有可能的方向,从表面反射的光的总能量永远不会大于入射光的总能量。我们稍后将使用新的Octane BDRF模型进行演示。

Non-negativity

非负性

由于能量守恒,反射值必须在01之间。因此,反射光(辐射能量)与入射光(辐射能量)之比必须在01之间。BRDF在余弦项中也包含该比率。也就是说,BRDF的范围是0到无穷大。同样,辐射度和辐照度值都不能为负。因此,BRDF也不能取负值。

Reciprocity

互惠

此功能也称为Helmotz的对等定律。该定律是由光的另一物理特性引起的。根据这条法律;当传入向量和传出(视图)向量互换时,BRDF值不得更改。换句话说,当从表面反射的光的传播反向时,在两种情况下,光必须遵循相同的路径,并且BRDF必须相同。

MICROFACETS THEORY

微面理论

微面理论是一种基于现实世界中每个表面的粗糙度或不完美性(称为“粗糙度”)而开发的技术。与阴影和遮罩配合使用。在实际的BRDF模型中,表面被认为是由凹凸不平的凹槽(微刻面)形成的。通过与光交互作用的遮罩和阴影产生多少比例来计算微面。

遮蔽状态是,当光被微面的一个表面反射时,反射部分被另一“微面”阻挡。阴影是指光线在到达“微面”的表面之前被另一个“微面”遮挡的情况。

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FRESNEL EFFECT

菲涅耳效应

良好的BRDF还应显示菲涅耳方程。 菲涅耳的名称是表面反射随观察到的角度和表面IOR(折射率)值而变化的事实。 菲涅耳效果是,与其他角度相比,它从直接朝向的表面反射的光更少(当您查看与掠射角度不同的其他角度时,反射会改变)。 例如,如果您在反射台上以正交方向(陡角)观察花盆,则会看到微弱的反射。 但是,如果您靠近“浅角”(掠射角),则会看到较强的反射。 因此,Grazing Angle解释了为什么大多数材质实际上是“反射器”。 菲涅耳效果在创建逼真的材质中占有重要地位。

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isotropy and anisotropy BRDF

各向同性和各向异性

各向同性和各向异性BRDFBRDF的重要子类。 对于自然界中的许多材质,如果光的方向和视图的方向固定,则反射不会随着材质绕表面法线旋转而改变。 这些特性称为各向同性材质。 各向同性材质的示例包括金属,塑料和喷漆表面。

另一方面,与各向同性表面相反,各向异性表面通过绕其法线旋转表面来更改其反射率值。 各向异性表面的例子是金属刷,抛光金属,人发,毛皮,天鹅绒和木材。

来源:

我们试图在这里简单地谈论BRDF,但这是一个非常复杂且漫长的话题,您可以通过以下链接获得更多信息。

BRDF模型概述-此处

有关BRDF的维基百科页面-此处

关于微刻方法-这里

用于计算机图形学的BRDF-在这里

菲涅耳方程的Wikipedia页面-此处

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材质的无限多样性

2020-4-7 7:44:52

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皇帝的新衣

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