计算机图形学--基于物理的材质

基于物理的材质

微表面模型BRDF

微表面模型理论：宏观上看，表面是平整的，微观上，表面不是平整的，会有各种各样的凸起，如下图所示。
我们的微表面模型有三个项：
F表示菲涅尔项：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。
G表示shadowing-masking： 描述i方向的入射的光线，在反射到o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
D项：表示微表面的法线分布

菲涅尔项：
如下图所示：反射和光线的入射角度相关。当入射方向和法线几乎垂直(grazing angle)的情况下，反射是最多的。

绝缘体的菲涅尔项
导体的菲涅尔项

菲涅尔项的简单估计
和基础反射R0相关的R(θ)

微表面的法线分布
如果法线分布比较集中，就类似于金属，当法线分布比较分散的时候，就类似于漫反射的物体

如何描述NDF
如何描述NDF，主要2种模型:
Beckmann
GGX

NDF法线分布Beckmann
α : 可以代表表面的粗糙程度，α越小，越像镜面
θh: 表示半程向量和发现之间的一个角度

NDF法线分布GGX
GGX不会很快衰减到0，但是Beckmann会很快衰减到0。

GGX的高光更柔和，过度更顺滑

GGX的拓展–GTR模型

Shadowing-Masking Term
描述微表面之间互相遮挡的关系

如果没有G项目，下图的边缘会非常亮，就是白色。


从光滑到粗糙，越粗糙，越变暗，这种情况是不对的，因为能量是有损失的。微表面模型的自遮挡其实被遮挡的光线实际上会发生二次弹射，但是我们没有考虑。

微表面越粗糙，越容易发生自遮挡

如何补充丢失的能量，用经验模型补全多次反射丢失的能量。
Kulla-Conty


预计算





截图和公式来源闫令琪老师games202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/BV1YK4y1T7yY?p=10