本节课主要是讲一些前沿知识,理解即可。
上图是一个图形学中的材料例举,下面介绍一些相关概念:
第一部分:Material == BRDF
一、Diffuse / Lambertian
上图是漫反射( Lambertian)材质,每个出射光线被均匀反射到各个方向上,公式如下:
此时,brdf= 1/pi(BRDF 的取值范围是 0~1/pi)。albedo 的 取值范围是0~1.
二、Glossy material
三、Ideal reflective / refractive material (BSDF)
BSDF (散射)是 BRDF(反射)、BTDF(折射)的统称。
四、Perfect Specular Reflection
对于其计算公式如下:
从上向下看,入射和折射方向的方位角相反。
镜面反射应用效果示意如下:
五、Specular Refraction
(一)Snell‘s Law
为了方便计算相关变量,有 Snell‘s Law:
(二)Law of Refraction
其中当 \(1-\left( \frac{\eta_i}{\eta_t} \right)^2 \left(1 - \cos\theta_i \right)<0\) 即 \(\eta_i > \eta_t\) (入射介质 > 出射介质的折射率) 时,将不会有折射发生。eg. 全反射情况。
如下图,在水面下,看见的是一个锥形区域,角度为 97.2°。
(三)Fresnel Reflection / Term(菲涅?项)
如下图可以看见不同角度观察书,书前的影子表现不同。
其中光线主要有以下两种情况:
- 光线几乎与法线平行 ===> 完全反射
- 光线 ⊥ 法线 ===> 光线会穿过去,发生折射现象。
公式( Formulae)
第二部分:Microfacet Material
微表面材料(Microfacet Material)的现象如下图所示,高光区域应该为澳大利亚的沙漠区域,但是通过卫星拍摄的图像确实非常光滑,类似镜面。
一、Microfacet Theory
二、Microfacet BRDF
glossy ==> 所有反射会朝着某一个宏观方向
diffuse ==> 朝各个不同的方向
计算公式:
D(i,o,h)亦为几何项
D(h):可查询有多少反射朝着出射方向
只有法线沿着 ‘half vector h‘ 方向,才能将反射方向到出射方向。
gressy angle —— 光线与平面几乎平行时,容易发生 shadowing-masking 现象。
三、Isotropic / Anisotropic Materials (BRDFs)
各向同性(Isotropic):微表面并没有一定的方向性,或者方向性很弱。
各向异性(Anisotropic):微表面有方向性,视觉上会有一定的朝向。
各向异性——应用举例如下:
四、BRDF 性质
第三部分:测量 BRDFs
一、动机
二、测试举例
(一)基于图像的 BRDF 测量
(二)测量仪器:gonioreflectometer
三、测量过程
(一)算法步骤
(二)测量挑战
(三)表示 BRDF
(四)BRDF 库
会有一些存储要求,eg.压缩etc.