Games101-P17 Material
- P17 Preview (Materials & Appearances)
- Diffuse / Lambertian Material
- Glossy material (BRDF)
- Ideal reflective / refractive material (BSDF*)
- Fresnel Reflection / Term 菲涅尔项
- Microfacet Material 微表面模型
- Microfacet BRDF
- Isotropic / Anisotropic Materials (BRDFs) 各向同性/各向异性
- BRDF性质
P17 Materials & Appearances
外观 = 光线 + 材质；研究光照和材质的作用方式
Material == BDRF
Diffuse / Lambertian Material
- 该类材质特点：假设从各个方向射入的Radiance光线相同，则反射光同样为uniform(均匀)的；假设无能量吸收，由于能量守恒，则 $Iradiance_{入射} = Irradiance_{出射}$ ，进而可得出 $Radiance_{入射} = Radiance_{出射}$ （即 $L_O = Li$，进而得出 $f_r = \frac{1}{\pi}$ ）
- 定义albedo（反射率）来引入不同颜色的diffuse BRDF
Glossy material (BRDF)
Ideal reflective / refractive material (BSDF*)
(BSDF，S表示散射)
BSDF = BR(Reflect反射)DF + BT(Transmit折射)DF
反射
- 计算镜面反射出射光 $w_o$：计算出 $\theta$ 和 $\phi$ 即可（方位角）
折射
- 折射（表现：色散、caustics）
- caustics成因：光经海水表面折射，光线聚焦（渲染灾难）
Snell’s Law 斯内尔定律
- 全反射发生条件：
Snell’s Window / Circle
Fresnel Reflection / Term 菲涅尔项
（解释能量分别发生多少反射/折射）
绝缘体
上图
- 红：菲涅尔效应
- 蓝、绿：光极化（偏振）
导体（折射率是复数）
- 计算菲涅尔项
Microfacet Material 微表面模型
Microfacet Material是基于物理的；被PBR所使用；可描述的材质很多
- 如图：图中出现了一块完美的较光滑高光，而看不到地表的细节结构。说明从足够远处看，看不到表面的具体微小细节，只能观察到这些细节对光线作用后给表面带来的整体影响。
- Microfacet Theory
- 远看材质，近看几何
- 每一个Microfacet都发生镜面反射，每一个Microfacet都有法线
Microfacet BRDF
关键：微表面的法线分布
- 通过微表面发现分布，来表示材质粗糙程度
Microfacet BRDF
- $F(i, h)$：菲涅尔项，用于表示总共多少量被反射
- $D(h)$：法线分布，用于查询什么样的微表面才能将光线反射到某一特定方向
- 考虑half vector $h$ ，因为微表面发生镜面反射
- $G(i,o,h)$：几何项，用于修护边界处因忽略遮挡导致的过亮 (决定性作用)
- 考虑微表面间遮挡&互相形成阴影，导致部分微表面失去作用
- $i$ or $o$ 接近Grazing Angle(光几乎平行表面)时，易发生
Isotropic / Anisotropic Materials (BRDFs)
各向同性/各向异性材质
- Isotropic vs. Anisotropic
- 关键：微表面的方向性
- 各向同性材质微表面方向性弱
- 关键：微表面的方向性
Anisotropic BRDFs
- 各向异性BRDF：不满足方位角旋转，受绝对方位角影响
- 例如：尼龙、天鹅绒
BRDF性质
- 非负
- 线性
- 可逆
- 能量守恒
- 各向同性/各向异性
- 各向同性只用考虑方位角相对值
Measuring BRDFs 测量BRDF
- 针对每一个入射、出射方向，都进行测量
- 实现方法：2D * 2D遍历
- 提升效率
- 各向同性，减少一维 from 4D to 3D
- 可逆性 reduces # of measurements by half
- Clever optical systems…
- MERL BRDF Database：记录BRDF测量值的数据库
