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前置:UnityShader9:光照基础回顾 一、反射等式(Reflection Equation)定义: 有基于物理的反射等式: 此函数意为:已知观察点和观察方向,可得到观察点的出射辐射率为不同方向的入射辐射率计算考虑 BRDF 叠加后的结果 辐射率:单位面积单位方向上光源的辐射通量, 通常用![]() 精确光源意指那些方向、大小、性质完全确定的光源,也就是之前所说的单一点光源、聚光灯、平行光这些。一个好消息是:对于游戏中的渲染,一般情况下只需要考虑这些精确光源,也就是说可以拿去反射等式中的积分部分(推导部分省略): 这样对于场景中的多个光源,只需要将光源方向 先提反射等式是因为这是一个不错的切入点 二、辐射度学(Radiometry)由于非相关专业研究,仅应用,所以这一块尽可能通俗易懂,就没那么细致了 能量(Energy)这个很简单,符号 这个也很常见,瓦特 指单位时间内到达单位面积的辐射能量,也就是到达单位面积的辐射通量 辐出度和辐照度类似,不过一个是到达表面,一个是离开表面,符号为 基本上上过学的都知道弧度这个概念,立体角就可以理解为是弧度的三维扩展,符号 可以用一个向量和一个立体角来表示一束光线,向量表示这束光线的指向,立体角表示这束光线投射在单位球上的面积,也就是光束的粗细。往往我们会对这个立体角进行微分,这就对应着前一节中的 ![]() 辐射率正是我们眼睛看到的物体上对应表面的颜色,在基于物理着色时,计算表面一点的颜色也就是计算它的辐射率 三、双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)关于 BRDF 前一节也提到过: BRDF 假设一个平面的表面绝对光滑(比如镜面),那么对于所有的入射光线 在前置章节中,已经提到过了一些基于经验的 BRDF,对于基于物理的 BRDF,需要满足以下两个条件: 交换律:![]() 了解了上一节部分辐射度学的内容后,各向同性的 BRDF 的推导就相对容易了: 可以得到表面(观察点)反射到 那么就有 BRDF: 表面对不同频率的光反射率可能不一样,因此BRDF和光的频率有关,图形学中将BRDF表示为RGB向量,三个分量各有自己的 BRDF 函数。不过这里可以暂时不考虑的那么细致 有些地方会将第 根据上面的内容,可以很轻松的得出:观察点表面 考虑到表面 代入到 BRDF 中,可以得到: 此时 BRDF 乘上辐射率,就可以得到前面的反射等式: 当然了,这上面的定义是不能直接拿来计算表面反射辐射率的,还需要建立一个能模拟真实光照的模型,这个就不在这一章讲了 四、扩展(Extra) 1):辐照度的衰减与间距前面提到过辐照度就是指单位时间内到达单位面积的辐射能量,也就是到达单位面积的辐射通量 处理通量密度时还需要考虑到表面朝向和光线方向的角度,假设照射到表面时,光线间距为 季节的变化正是这个原理:光照角度越来越大,从而导致通量密度降低,辐照度降低 除了角度,还有距离,假设有这样的一个场景:有两个个球包住了一个点光源,从内到外分别为 AB,它们的圆心正是点光源的中心,这样点亮光源后穿过球 A 和球 B 的辐射通量必然是相同的 参考: 基于物理着色:BRDF - 知乎彻底看懂PBR/BRDF方程 - 知乎知识科普|渲染方程 - 知乎 |
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