14、空间变化双向反射分布函数详解

空间变化双向反射分布函数详解

1. 引言

光滑材料（如抛光的木材或石头）的表面纹理外观会因观察和光照条件而呈现特定的材料特性。为了考虑这些外观因素，可使用空间变化双向反射分布函数（SVBRDF）来表示此类纹理。SVBRDF可看作是分布在表面上的BRDF的空间集合，用于模拟光滑材料的外观。下面将详细介绍双向反射分布函数（BRDF）及其相关内容。

2. BRDF原理与特性

• 反射基础 ：每个材料表面都会反射一定比例的入射光。一般来说，光在材料结构中散射，以反射或透射的形式离开。对于不透明表面，光在以表面法线为极的半球内反射。反射光由两个因素决定：材料反射率（即表面材料反射光的能力）和局部几何形状（微观尺度上是表面法线的局部分布）。
• 反射率计算 ：入射光和反射光的量可以用辐射度变量表示，即辐亮度 (L_i) 和 (L_v)。表面反射率是入射辐亮度与反射到整个半球的辐亮度之比，公式为：
  [
  \rho = \frac{L_v}{L_i}
  ]
  反射率值原则上在 [0, 1] 范围内，因为它仅包含表面上方的反射光。反射率本身与方向无关，常见的反射类型有镜面反射和漫反射。
• BRDF定义 ：在现实世界中，材料外观还与照明和观察者的相互方向以及它们相对于表面的方向密切相关。为了考虑这些光的重定向特性，定义了围绕照明和观察方向 (\omega_i)、(\omega_v) 的微分立体角 (d\omega_i)、(d\omega_v)。
  • 辐亮度 (L_v) 描