第10章材质.docx

第10章 材质前一章所介绍的底层BRDF和BTDF只解决了关于光在表面上如何散射的部分问题。虽然它们能够描述在表面上某个点上的散射情况，但是渲染器需要确定在该点上使用哪一种BRDF和BTDF，并设置怎样的参数。在本章里，我们将描述一个过程式着色机制，用它来确定在表面上的某个点上使用哪一种BRDF和BTDF。其基本思想是将场景中每个体素绑定上一个Material接口类的实例，该接口的一个函数以一个点为参数，返回一个BSDF对象。BSDF类有一组BxDF来共同描述该点的散射情况。Material又使用Texture类的实例来确定特定点上的材质特性。例如，一个ImageTexture对象可以被用来调节表面上的漫反射的颜色。这跟许多渲染系统的着色机制有所不同，因为通常的方式是将表面着色器和光照积分器结合成一个模块，并且令着色器返回该点的反射光的颜色。然而，pbrt将这两个部分分离开，令Material返回一个BSDF，就可以更好地处理许多类型的光线传输算法。10.1BSDFBSDF类代表了一组BRDF和BTDF。将它们以这种方式组织在一起，目的是允许系统的其它部分能够直接跟复合型的BSDF打交道，而不是必须考虑其中每一个组成部分。同等重要的是，BSDF类隐藏了着色法向量(shading normal)的细节。着色法向量（来自三角形网格的顶点法向量或者凹凸贴图）可以极大地提高场景渲染的视觉效果的丰富性，但是由于它们是一种特制的结构，就很难融入基于物理的渲染器。这里的BSDF实现将处理它们所引起的问题。BSDF Declarations +=?class COREDLL BSDF {?public: BSDF Public Methods BSDF Public Data?private: BSDF Private Methods BSDF Private Data?};BSDF构造器的参数包括一个表示着色微分几何信息的DifferentialGeometry对象，原表面法向量ngeom，还有一个选项：表面所包围的介质的折射率。它将这些值存放到成员变量中，并构造出一个正交坐标系，其中一个轴为着色法向量；这有助于将向量变换到BxDF坐标系中（9.1节）。在本节中，我们用ns表示着色法向量，用ng代表几何法向量。BSDF Method Definitions =?BSDF::BSDF(const DifferentialGeometry dg, const Normal ngeom,float e)?: dgShading(dg), eta(e) { ng= ngeom; nn= dgShading.nn; sn= Normalize(dgShading.dpdu); tn= Cross(nn, sn); nBxDFs= 0; }BSDF Public Data =?const DifferentialGeometry dgShading; const float eta;BSDF Private Data?Normal nn, ng;?Vector sn, tn;BSDF的实现存放固定数目的BxDF。虽然很容易动态地分配空间来容纳更多的BxDF，但目前的限制（个数为8）已经足够应付大多数的实际应用。BSDF Inline Method Definitions =?inline voidBSDF::Add(BxDF *b) {?Assert(nBxDFs MAX_BxDFS);?bxdfs[nBxDFs++] = b; }BSDF Private Data += intnBxDFs;?#define MAX_BxDFS 8 BxDF*bxdfs[MAX_BxDFS];为了方便系统其它部分对BSDF的使用，该类定义了两个不同的方法，第一个返回BSDF所存放的BxDF数目，第二个只返回匹配给定的一组BxDFType标志的BxDF数目。虽然我们可以用一个函数来代替这两个函数（用缺省的标志BSDF_ALL代替第一个），但由于对无参数的BSDF::NumComponents()调用十分频繁，所以我们用两个函数来避免了对各个BxDF标志逐个检查。BSDF Public Methods = intNumComponents() const { return nBxDFs; } intNumComponents(BxDFType flags) const;HasShadingGeometry()函数用来确定BSDF是否有跟其几何法向量不同的着色法向量。例如，PhotonIntegrator就需要调用这个函数。BSDF Public Methods += boolHasShadingGeometry() const {?return(nn.x != ng.x