3D 计算机图形学：揭秘光滑微观表面法线分布函数（NDF）

2023-10-22 11:54:29

法线分布函数 (NDF) 的概念

法线分布函数 (NDF) 了微观表面法线方向的概率分布。在 3D 计算机图形学中，NDF 用于模拟光线与表面相互作用时，表面的法线分布情况。这种分布对于准确模拟光照行为至关重要，因为它是决定光线反射和漫反射的重要因素。

流行的 NDF 模型

目前，有许多不同的 NDF 模型被用于模拟不同类型的表面材质。最流行的 NDF 模型包括：

GTR（Geometric-Optic Roughness）模型：GTR 模型是较为简单且常用的 NDF 模型。它假设微观表面由一系列平坦的小平面组成，这些平面的法线方向服从高斯分布。GTR 模型简单易用，计算效率高，但它无法模拟非常粗糙的表面。
GGX（Gaussian-Microfacet-Based BRDF）模型：GGX 模型是另一个流行的 NDF 模型。它假设微观表面由一系列连续的微平面组成，这些微平面的法线方向服从高斯分布。GGX 模型比 GTR 模型更复杂，计算效率也较低，但它能够模拟更粗糙的表面。
Trowbridge-Reitz（TR）模型：TR 模型是更为复杂的 NDF 模型，它假设微观表面由一系列离散的微平面组成，这些微平面的法线方向服从高斯分布。TR 模型比 GGX 模型更复杂，计算效率也较低，但它能够模拟非常粗糙的表面。

NDF 模型的优缺点

每种 NDF 模型都有自己的优缺点，因此在选择模型时需要考虑具体应用的需求。

NDF 模型的应用

NDF 模型在 3D 计算机图形学中有着广泛的应用，包括：

光照模拟：NDF 模型用于模拟光线与表面的相互作用，包括反射和漫反射。这对于真实地模拟各种表面材质的光照行为至关重要。
材质创建：NDF 模型用于创建各种表面材质，如金属、塑料、木材和布料。通过调整 NDF 模型的参数，可以模拟不同表面材质的法线分布情况，从而实现逼真的材质效果。
渲染：NDF 模型用于渲染 3D 场景。通过使用 NDF 模型，渲染器可以准确地模拟光线与表面的相互作用，从而产生逼真的图像。

结论

法线分布函数 (NDF) 是 3D 计算机图形学中模拟表面法线分布的重要工具。通过选择合适的 NDF 模型，可以准确地模拟光线与表面的相互作用，从而实现逼真的光照和材质效果。