微表面模型 | Vol.7 离散随机微平面模型

专题介绍

在实时渲染和离线渲染领域，对场景模型表面以及空间介质的精细化建模是增加场景真实感的重要手段。计算机图形学领域的许多科研工作者设计出一系列复杂精巧的技术理论，模拟出光线从宏观世界到微观粒子的变化规律。本期专题精选了近年来关于微表面模型、次表面散射模型等相关前沿工作，为读者解读其中的关键技术。

一、背景

在生活中我们经常可以看到一些表面发生闪烁(glint)的材质，如雪地、金属喷漆、使用喷砂工艺的金属表面、一些特质的布料。对于这种材质的绘制使用传统的微平面模型是无法做到的，我们可以根据材质闪光的成因，通过建立新的微平面模型来达到这种材质效果的模拟。

二、相关工作

在SIGGRAPH 2014 上，同样是这些研究人员发表了另一篇解决glint材质绘制问题的文章“Rendering Glints on High-Resolution Normal-Mapped Specular Surfaces”。此方法基于一个高分辨率的法线贴图，把物体表面上微平面的细节都存在一个法线贴图中再进行计算。

在I3D 2016上，NVIDIA公司的 Tobias Zirr与Anton Kaplanyan的文章“Real-time Rendering of Procedural Multiscale Materials”也是针对glint材质效果的绘制。他们基于此篇文章所介绍的Jackob的方法，将glint效果做到了实时应用上。

三、离散随机微表面模型的建立

3.1 产生glint的原因

传统的微平面模型定义了无数个无限小的微平面，每个微平面的法线方向都独立的遵循着法线分布函数NDF。

对于一些特殊的材质，可能会造成一些同方向微平面的局部聚集。正是这些局部聚集起来的微平面，造成了glint效果。我们把这些聚集起来的稍微大一些的微平面叫做flake。