BRDF光照模型.ppt

2.4 BRDF光照模型 Bidirectional Reflectance Distribution Function双向反射分布函数 描述入射光子在特定方向离开该点的概率分布； 输入参数 入射和出射光线的仰角?I , ?O 入射和出射光线的方位角?I , ?O 入射光强 输出参数 没有单位的数值 表示在给定入射条件下， 出射方向上反射的相对能量； 2.4 BRDF光照模型 BRDF出射辐射率计算 2.4 BRDF光照模型 BRDF的可视化表示 BRDF测量设备 全局光照 光线跟踪 辐射度法 2.5 光线跟踪算法 Ray tracing 跟踪光线在场景中的折射和反射，并计算总的光强； 生成高度真实感的图像； 可用以实现可见面判别、光照效果、透明即多光源照明等； 相交测试计算量大； 2.5 光线跟踪算法 2.5.1 基本光线跟踪算法 场景中各个表面所发出的光向四周散射 场景中有无数的光线，但只有少量穿过投影平面，被观察者的视点接收 因此，若反向跟踪一条由某像素出发射向场景的光线，并通过累计可得到该像素的光强度值 可真实表现场景中物体相互之间的光学作用 2.5.1 基本光线跟踪算法 2.5.1 基本光线跟踪算法 对每个像素，都要测试场景中所有物体表面是否与光线相交，并计算出交点与像素的距离； 最小距离的交点及代表该像素所对应的可见面； 要考察每个面上的反射光线和折射光线，统称为从属光线（Secondary ray）； 对每条从属光线，又重复进行与物体表面的求交计算； 设定光线跟踪的最大深度。当达到最大深度或到达某光源时，就停止跟踪。 2.5.1 基本光线跟踪算法 二叉光线跟踪树 2.5.1 基本光线跟踪算法 光线与物体表面的求交计算 一束光线可由初始位置P0和单位方向矢量u来描述,沿光线方向距离P0点s处的一点P的表达式为 每次与物体表面相交时, P0和单位方向矢量u根据交点处的从属光线进行更新； 联立物体表面方程和光线方程，计算表面交点以及新的从属光线； 表面求交的计算量很大，需要较多的处理时间。 2.5.2 快速光线跟踪算法 减少物体表面的求交计算量 包围盒法 将临近物体用一个包围盒（或球）包起来，计算光线与包围盒的交点； 如果没有交点，则无须对被包围物体进行求交测试； 如果有交点，再对该范围中更小级别的包围盒进行求交测试。 2.5.2 快速光线跟踪算法 包围盒法 2.5.2 快速光线跟踪算法 减少物体表面的求交计算量 空间分割法 第一步：分割 将场景包含在一个立方体中，然后将立方体逐次分割，直至每个子立方体所包含的物体表面数目小于某个预定的最大值。例如，要求每个子立方体中至多包含一个表面； 可进行均匀分割，也可采用适应性细分，即仅对包含物体的立方体进行细分； 用八叉树或二叉树进行存储； 2.5.2 快速光线跟踪算法 空间分割法 第二步：求交 只需要对包含表面的单元执行求交测试； 通过计算单元边界处的交点坐标来确定初始单元的交点； 然后沿光线方向确定其贯穿立方体体元时的在每个体元的入口和出口点，直到找到一个相交的物体表面，或光线射出包围场景的立方体。 2.6 辐射度光照模型 2.6.1 基本概念 考察辐射能在物体表面之间的转移和能量守恒定律，从而准确建立物体表面的全局漫反射模型。 dB——离开表面的辐射能微分 2.6 辐射度光照模型 2.6.1 基本概念 光通量I——即光强，是单位时间、单位投影面积、单位立体角度上的辐射能量。 理想漫反射表面，所有观察方向上的光强I都相同，即I为常量 2.6 辐射度光照模型 2.6.1 基本概念 总辐射能——以表面点为中心的半球范围内所发散出的全部能量。 2.6 辐射度光照模型 2.6.2 设立表面闭包构建光反射模型 设辐射度参数Bk为单位面积离开表面k的能量总速率，入射能量参数Hk为闭包内所有表面在单位时间、单位面积上到达表面k的能量总和 2.6 辐射度光照模型 2.6.2 设立表面闭包构建光反射模型 在闭包中有n个表面的场景，由表面k所发出的辐射能方程为 Ek为单位面积上由表面k发出的能量的速率，若表面k不是光源，则Ek=0； ?k为表面k的漫反射因子，与经验模型中的漫反射系数相关。 平面和凸面不会发生自入射的情况，因此Fkk=0 2.6 辐射度光照模型 2.6.3 求解场景各表面辐射度 给定Ek、?k和Fjk的数组，对闭包内的n张表面联立辐射方程，求解出各张表面的辐射值Bk 将Bk除以?转换为光强Ik。 对彩色场景，分别设置Ek、?k的色彩分量计算出辐射度(BkR BkG BkB)的RGB分量 2.6 辐射度光照模型 设置