GAMES202：实时渲染 (4) - Kulla-Conty BRDF 及其在图形学中的应用
2023-11-27 15:22:54
- 概述
PBR材质分两大流派：微表面模型和几何光学模型。
微表面模型认为物体表面是由许多微小表面组成，这些微小表面可以反射或散射光线。能量守恒的理论保证了光线在物体表面上的总能量不发生变化，所有的光能最终以漫反射，镜面反射，吸收和次表面散射这四种方式消失。
微表面模型的优点是其物理准确性，即它能很好地模拟真实世界中材料的反射行为。微表面模型的缺点是其计算复杂，在实时渲染中难以实现。
几何光学模型是一种简化的光线追踪模型，它假设光线在物体表面上是完美反射或散射的。几何光学模型的优点是其计算简单，在实时渲染中易于实现。几何光学模型的缺点是其物理准确性较差，即它不能很好地模拟真实世界中材料的反射行为。
Kulla-Conty BRDF 是一个物理上准确的微表面 BRDF 模型，它可以用来创建逼真的材质。Kulla-Conty BRDF 模型考虑了微表面法线的分布、光线在微表面上的多次反射和折射，以及光线在微表面上的漫反射和镜面反射。因此，Kulla-Conty BRDF 模型可以生成非常逼真的材质效果。
Kulla-Conty BRDF 模型的缺点是其计算复杂，在实时渲染中难以实现。因此，Kulla-Conty BRDF 模型通常只用于离线渲染。
2. Kulla-Conty BRDF 模型的原理
Kulla-Conty BRDF 模型是一种基于微表面的 BRDF 模型。微表面模型认为物体表面是由许多微小表面组成，这些微小表面可以反射或散射光线。
Kulla-Conty BRDF 模型假设微表面法线的分布服从高斯分布。高斯分布的标准差控制了微表面法线的分布范围。标准差越大，微表面法线的分布范围就越大，反之亦然。
Kulla-Conty BRDF 模型还考虑了光线在微表面上的多次反射和折射。多次反射和折射会使光线在微表面上产生漫反射和镜面反射。
Kulla-Conty BRDF 模型的漫反射分量是由光线在微表面上多次反射产生的。多次反射使光线在微表面上产生漫反射，因此漫反射分量与微表面法线的分布有关。
Kulla-Conty BRDF 模型的镜面反射分量是由光线在微表面上的一次反射产生的。一次反射使光线在微表面上产生镜面反射，因此镜面反射分量与微表面法线的分布和入射光线的角度有关。
3. Kulla-Conty BRDF 模型的优点和局限性
Kulla-Conty BRDF 模型的优点是其物理准确性，即它能很好地模拟真实世界中材料的反射行为。Kulla-Conty BRDF 模型的缺点是其计算复杂，在实时渲染中难以实现。
Kulla-Conty BRDF 模型的优点包括：
- 物理准确性：Kulla-Conty BRDF 模型可以很好地模拟真实世界中材料的反射行为。
- 逼真的材质效果：Kulla-Conty BRDF 模型可以生成非常逼真的材质效果。
- 灵活性和可扩展性：Kulla-Conty BRDF 模型可以很容易地扩展到其他类型的材料，如次表面散射材料和半透明材料。
Kulla-Conty BRDF 模型的缺点包括：
- 计算复杂：Kulla-Conty BRDF 模型的计算非常复杂，在实时渲染中难以实现。
- 内存占用大：Kulla-Conty BRDF 模型需要存储大量的数据，因此内存占用大。
- 难以实现：Kulla-Conty BRDF 模型的实现非常困难，需要大量的编程经验和数学知识。
4. Kulla-Conty BRDF 模型在图形学中的应用
Kulla-Conty BRDF 模型在图形学中有着广泛的应用，包括：
- 真实感的材质创建：Kulla-Conty BRDF 模型可以用来创建非常逼真的材质，如金属、塑料、木材和布料等。
- 光照模拟：Kulla-Conty BRDF 模型可以用来模拟光照在物体表面上的反射行为，从而创建逼真的光照效果。
- 全局照明：Kulla-Conty BRDF 模型可以用来模拟全局照明，从而创建逼真的场景照明效果。
- 运动模糊：Kulla-Conty BRDF 模型可以用来模拟运动模糊，从而创建逼真的运动效果。
- 景深：Kulla-Conty BRDF 模型可以用来模拟景深，从而创建逼真的相机效果。
5. 总结
Kulla-Conty BRDF 模型是一种物理上准确的微表面 BRDF 模型，它可以用来创建逼真的材质。Kulla-Conty BRDF 模型的优点是其物理准确性，缺点是其计算复杂。Kulla-Conty BRDF 模型在图形学中有着广泛的应用，包括真实感的材质创建、光照模拟、全局照明、运动模糊和景深等。
