TU Wien:Rendering VO (Weidlich)/Shading Models

Eigenschaften von Oberfläuchen wie nass ausschauen.

BRDF

Bidirektionale-Reflektanzverteilungsfunktion

Arten

• 4-dimensional (Azimut- und Deklinationswinkel von Lichteinfalls- und Reflektionsrichtung)

$BRDF(\theta _{i},\phi _{i},\theta _{r},\phi _{r})={\frac {dL_{o}(\theta _{r},\phi _{r})}{L_{i}(\theta _{i},\phi _{i})\cos(\phi _{i})d\omega _{i}}}$

• 5-dimensional (zusätzlich von der Wellenlänge abhängig)

• 7-dimensional (zusätzlicher Azimutwinkel dreht und die Deklinationswinkel der Oberfläche - anisotrop)

Eigenschaften

• Helmholtz-Reziprozität

Der BRDF darf sich nicht ändern wenn man Einfalls und Ausfallswinkel vertauscht

• Energieerhaltung

Die Summe des in allen Richtungen reflektierte Licht darf nicht größer sein als die Menge des einstrahlenden Lichtes

Klassen

BRDF´s können in isotrope und anisotrope Oberflächenstrukturenmodelle eingeteilt werden.

Datei:Isotrop-anisotrop.png

Links: Isotropes Material, Rechts: Anisotropes Material

• isotrop $BRDF(\theta _{i},\phi _{i},\theta _{r},\phi _{r})=BRDF(\theta _{i},0,\theta _{r},\phi _{r}-\phi _{i})$

Die Lichtintensität änder sich nicht wenn die Oberfläche gedreht wird

• anisotrop

Die Lichtintesität ist von einem zusätzlichen Azimutwinkel und Deklinationswinkel der Oberfläche abhängig

Anforderungen

• vernünftiger Speicherbedarf
• verlässliche Wiedergabe der Reflektionseigenschaften
• BRDF der man gut Samplen kann (Montekarlosempling)

Modelle

gemessene BRDF

• - teuer
• - Vermessung dauert wahnsinnig lange
• - riesiger Speicherbedarf

analythische BRDF

(durch Formel) schnell auszuwerte geringer Speicherbedarf aber immer nur eine Approximation

• empirische Modelle
  • Lambert (Perfectly diffuse surface) $pdf(\theta _{i},\lambda )={\frac {cos\theta _{i}}{\pi }}$ Datei:Perfectly-diffuse-surface.png
  • Phong Datei:Phong Surface.png
  • Blinn
  • Lafortune
• physikalisch basierte Modelle
  • Torrance-Sparrow (physikalisch korrekt, exzenlente Resultatte, schwer zu coden und samplen, hängt von Material Konstanten ab)
  • Cook-Torrance
  • Kajiya
  • He-Sillion-Torrance-Greenberg (HTSG)

BTF

sind Texturen die für alle einfalls- und ausfalls- Richtungen gespeichert sind.

• - brauchen mehrere GB
• - nur für einen kleinen Ausschnitt
• + gut für Pullover Strickwaren

BSDF

nicht nur über Halbkugel sondern über ganze Kugel definiert.

Empirical vs. Physically based

Torrance-Sparrow surface model

Ward reflection model