Lecture17_材料与应用(Materials and Appearances)_GAMES101 课堂笔记

本节课主要是讲一些前沿知识,理解即可。

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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

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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:

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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

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三、Ideal reflective / refractive material (BSDF)

BSDF (散射)是 BRDF(反射)、BTDF(折射)的统称。

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四、Perfect Specular Reflection

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对于其计算公式如下:

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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:

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五、Specular Refraction

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(一)Snell‘s Law

为了方便计算相关变量,有 Snell‘s Law

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(二)Law of Refraction

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其中当 \(1-\left( \frac{\eta_i}{\eta_t} \right)^2 \left(1 - \cos\theta_i \right)<0\)\(\eta_i > \eta_t\) (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°。

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(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。

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其中光线主要有以下两种情况:

  1. 光线几乎与法线平行 ===> 完全反射
  2. 光线 ⊥ 法线 ===> 光线会穿过去,发生折射现象。
公式( Formulae)

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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。

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一、Microfacet Theory

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二、Microfacet BRDF

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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:

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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。

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各向异性——应用举例如下:

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四、BRDF 性质

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第三部分:测量 BRDFs

一、动机

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二、测试举例

(一)基于图像的 BRDF 测量

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(二)测量仪器:gonioreflectometer

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三、测量过程

(一)算法步骤

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(二)测量挑战

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(三)表示 BRDF

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(四)BRDF 库

会有一些存储要求,eg.压缩etc.

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