计算机图形学----材质与外观

材质和外观

不同材质显示出来的不同外观，在图形学中，什么是材质
Material=BRDF

不同类型的材质

漫反射物体
漫反射材质，一个光线打到物体上某个点时,该点会均匀向四面发放散射能量。
漫反射材质的BRDF

Glossy物体
玻璃或者水

一部分能量被吸收，一部分被折射

反射角的计算

折射

折射定律
如何计算折射角度

如何计算折射率

菲涅耳项

   用来描述光在不同折射率的介质之间的行为，简单来讲，一个光线打到物体某一个点，有多少能量被反射，有多少能量被折射。描述入射角度和反射比例的关系。

下图描述绝缘体的菲涅耳项：
入射的角度和法线的夹角越大，反射的能量就越大。

下图表述导体的菲涅耳项
在任何情况下反射率都很高

如何计算菲涅耳项
简化的菲涅耳项计算方式

微表面模型
太空站拍摄到的地球，从远处看的时候，地球细节并不能显示出来。有类似镜面的反射光。

微表面模型的描述

从远处看到的材质
从近处看到的是几何

假设每一个微表面都是镜面，微表面的法线分布都是向外的（沿着宏观表面）,类似镜面（glossy）材质，如果法线分布不总是向外，那就类似于漫反射材质。

微表面模型的BRDF表述
能够有多少光，从入射方向，反射到出射方向呢，其实就是法线分布和wi，wo半程向量一致。
微表面模型参数解析：
第一项F(i, h) :菲涅耳项，描述入射光进来，多少比例能量会被反射出去
第二项G(i, o h): 描述wi方向的入射的光线，在反射到wo方向时候，有多少能量被微表面遮挡，用来修正D(h)，因为不是所有法线h的方向都能够反射出去，可能会被微表面遮挡
第三项D(h):法线分布，描述微表面h方向的法线分布率

微表面模型的渲染效果

各项同性和各项异性材质
各项同性，微表面法线分布各个方向
各项异性，微表面法线分布趋向同一个方向


BRDF性质
性质1：总是大于0（能量守恒）
性质2：线性性质（可以将BRDF拆成很多块，分别计算BRDF，并相加）

性质3:交换BRDF的出射方向和入射方向，结果是一致的。
性质4: 反射出来的能量比原来的小

各项同性和各项异性的BRDF

截图和公式来源闫令琪老师games101课程
感谢闫令琪老师为我们带来这么精彩的图形学课程
https://www.bilibili.com/video/BV1X7411F744?p=16