PBR光照模型

原创
2022/06/16 13:50
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判断一种PBR光照模型是否是基于物理的,必须满足以下三个条件:

  • 基于微平面(Microfacet)的表面模型。
  • 能量守恒。
  • 应用基于物理的BRDF。

辐射度量学

辐射通量:辐射通量Φ表示的是一个光源所输出的能量,以瓦特为单位。辐射度学中,辐射功率也被称为辐射通量(Radiant Flux)或者通量(Flux),指单位时间内通过表面或者空间区域的能量的总量。

立体角:立体角用ω表示,它可以为我们描述投射到单位球体上的一个截面的大小或者面积。

辐射强度:辐射强度(Radiant Intensity)表示的是在单位球面上,一个光源向每单位立体角所投送的辐射通量。

辐射率:辐射率(Radiance) 被用来量化单一方向上发射来的光线的大小或者强度。拥有辐射强度Φ的光源在单位面积A,单位立体角ω上的辐射出的总能量。

辐照度:我们通常关心的是所有投射到点p上的光线的总和,而这个和就称为辐射照度或者辐照度(Irradiance)。辐照度(Irradiance),指单位时间内到达单位面积的辐射能量,或到达单位面积的辐射通量,也就是通量对于面积的密度。

反射方程

反射方程(The Reflectance Equation)的渲染方程的特化版本,用来计算表面反射辐射率.

BRDF

BRDF,或者说双向反射分布函数,BRDF可以近似的求出每束光线对一个给定了材质属性的平面上最终反射出来的光线所作出的贡献程度。对于一个方向的入射光,表面会将光反射到表面上半球的各个方向,不同方向反射的比例是不同的,我们用BRDF来表示指定方向的反射光和入射光的比例关系。

Cook-Torrance BRDF兼有漫反射和镜面反射两个部分:

这里的kd是早先提到过的入射光线中被折射部分的能量所占的比率,而ks是被反射部分的比率。ks等于BRDF里面的F。

DFG

  • 法线分布函数:估算在受到表面粗糙度的影响下,取向方向与中间向量一致的微平面的数量。这是用来估算微平面的主要函数。
  • 几何函数:描述了微平面自成阴影的属性。当一个平面相对比较粗糙的时候,平面表面上的微平面有可能挡住其他的微平面从而减少表面所反射的光线。
  • 菲涅尔方程:菲涅尔方程描述的是在不同的表面角下表面所反射的光线所占的比率。
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