Dobbeltstrålereflektansfunktion

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 29. august 2014; checks kræver 24 redigeringer .

Bidirektionel reflektansfordelingsfunktion ( BRDF ) er en firedimensionel funktion , der bestemmer , hvordan lys reflekteres fra en uigennemsigtig overflade. Funktionens parametre er retningen af det indkommende lys og retningen af det udgående lys , som er defineret i forhold til normalen til overfladen . Funktionen returnerer forholdet mellem den reflekterede lysstyrke sammen med belysningen på overfladen fra retningen . $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})$ $\omega _{i}$ $\omega _{o}$ $\mathbf {n}$ $\omega _{o}$ $\omega _{i}$

Det er værd at bemærke, at hver retning i sig selv afhænger af azimutvinklen og zenitvinklen (zenithvinklen kaldes også den polære vinkel ), således at DPOS er en funktion af fire variable. DFOS måles i sr −1 , hvor steradianen (sr) er enheden for rumvinklen . $\omega$ $\phi$ $\theta$

Definition

DFOS blev først defineret af Edward Nikodemus i 1965 [1] . Den moderne definition af denne funktion er som følger:

$f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})={\frac {dL_{r}(\omega _{o})}{dE_{i}(\omega _{ i})}}={\frac {dL_{r}(\omega _{o})}{L_{i}(\omega _{i})\cos \theta _{i}\,d\omega _ {jeg}}}$ ,

hvor er lysstyrken , er belysningsstyrken og er vinklen mellem retningen og normalen . $L$ $E$ $\theta _{i}$ $\omega _{i}$ $n$

Funktioner relateret til DFOS

SVBRDF ( Spatially-variing Bidirectional Reflectance Distribution Function ) er en 6-dimensionel funktion , hvor den beskriver 2D-placeringen på overfladen af et objekt. $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o},\mathbf {x} )$ $\mathbf {x}$

Bidirektional teksturfunktion ( eng. Bidirectional Texture Function, BTF ) er velegnet til modellering af ujævne overflader og har de samme parametre som SVBRDF; derudover inkluderer BTF spredningseffekter såsom skygger, interne refleksioner og spredning under overfladen. Funktionerne defineret af BTF'en ved hvert punkt på overfladen kaldes synlige BRDF'er .

Den bidirektionelle spredningsreflektionsfordelingsfunktion ( BSSRDF ) er en mere generaliseret 8-dimensionel funktion , hvor lys, der falder på en overflade, kan spredes inde i den og komme ud fra et andet punkt. $S(\mathbf {x} _{i},\omega _{i},\mathbf {x} _{o},\omega _{o})$

I alle disse tilfælde blev afhængigheden af bølgelængden ikke taget i betragtning og var skjult i RGB-kanalerne. I virkeligheden afhænger DPOS dog af bølgelængden, og for at beregne effekter som iriscens eller luminescens skal afhængigheden af bølgelængden specificeres eksplicit: . $f_{r}(\lambda _{i},\omega _{i},\lambda _{o},\omega _{o})$

DFOS i fysik

DPOS i fysik har yderligere egenskaber, f.eks.

ikke-negativitet: $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\geq 0$
opfylder Helmholtz- ligningen :. $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})=f_{r}(\omega _{o},\omega _{i})$
energibesparelse: $\forall \omega _{i},\int _{\Omega }f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\,\cos {\theta _{o)) d\omega _{o}\leq 1$

Ansøgning

DFOS er et grundlæggende radiometrisk koncept og bruges derfor i computergrafik til fotorealistisk gengivelse af kunstige scener (se gengivelsesligning ) og i computersyn til mange omvendte problemer såsom objektgenkendelse .

DFOS (BRDF) er hovedværktøjet til modellering af ru overflader med specificerede egenskaber, såsom nødvendige reflektionsvinkler, hældningsvinkler af mikrofacetter af ru overflader og deres lysabsorberende og lysreflekterende evner. Sådanne overflader bruges til fremstilling af ydre beskyttende lag af solpaneler, solfangere og rumudstyr.

Modeller

DPOS kan bygges direkte fra rigtige objekter ved hjælp af kalibrerede kameraer og lyskilder [2] ; dog er mange fænomenologiske og analytiske modeller blevet foreslået, herunder Lambert-reflektionsmodellen , der ofte bruges i computergrafik. Nogle nyttige funktioner i de nyeste modeller:

Anisotropisk refleksion
Redigering med få intuitive muligheder
Regnskab for Fresnel-effekter ved glidende vinkler
Kombinerer godt med Monte Carlo metoden .

Wojciech og fandt ud af, at interpolering af en målt prøve fører til realistiske resultater og er let at forstå. [3]

Eksempler

Lambert-reflektionsmodel, fremragende til at vise diffuse overflader (kun afhængig af zenit-indfaldsvinkel ). $f_{r}=\cos(\theta _{i})$
Lommel-Seliger, afspejling af Månen og Mars.
Phong model , en fænomenologisk model, der ligner refleksion fra en plastoverflade. [fire]
Blinn-Phong-modellen ligner Phong-modellen, men beregner nogle mængder ved interpolation, hvorved antallet af beregninger reduceres. [5]
Torrance-Sparrow model, en model der repræsenterer en overflade som en fordeling af perfekt reflekterende kanter. [6]
Cooke-Torrens-model, reflekterende mikrofacet-model (Torrens-Sparrow) under hensyntagen til bølgelængde, således at der tages højde for farveskift. [7]
Wards anisotrope model, en reflekterende mikrofacetmodel med en fordelingsfunktion afhængig af den tangentielle orientering (orientering i forhold til tangenten) af overfladen (udover normalen til overfladen). [otte]
Oren-Nayar-modellen, en model af perfekt spredte (bedre end spejlende) mikrofacetter. [9]
Ashkmin-Shirley model inklusive anisotropisk refleksion. [ti]
HTSG (He,Torrance,Sillion,Greenberg), en omfattende fysisk model. [elleve]
Indbygget Lafortuna-model, en generalisering af Phong-modellen med flere reflekterende fraktioner, designet til at forberede målte værdier. [12]
Lebedev model, grid-analytisk tilnærmelse af DFOS. [13]
B. K. P. Horns DFOS blank maling model. [fjorten]

Dimension

Traditionelt blev DPOS-målinger foretaget for specifikke lysretninger og synsretninger ved hjælp af et goniorescatterometer. Ganske tætte målinger af DPOS på sådant udstyr tager for meget tid. En af de første forbedringer var brugen af et gennemsigtigt spejl og et digitalkamera til at tage flere DPOS-prøver af et fladt område på samme tid [8] . Siden da har mange forskere udviklet deres enheder til effektivt at måle DPOS fra rigtige prøver, og dette er stadig et stort forskningsområde.

En alternativ måde er at gendanne DPOS fra fotografiske billeder med et bredt dynamisk lysstyrkeområde. Standardmåden er at opnå en prøve af værdier (eller en sky) af DPOS-punkter fra et fotografisk billede og optimere denne prøve ved hjælp af en af DPOS-modellerne. [femten]

Se også

Litteratur

Lubin, Dan; Robert Massom. Polar fjernmåling: Bind I: Atmosfære og oceaner (engelsk) . - 1. - Springer, 2006. - S. 756. - ISBN 3540430970 .
Matt, Pharr; Greg Humphreys. Fysisk baseret gengivelse (neopr.) . - 1. - Morgan Kauffmann, 2004. - S. 1019. - ISBN 012553180X .
Schaepman-Strub, G.; ME Schaepman, TH Painter, S. Dangel, JV Martonchik. herkomst, der afspejler undersøgelser af fjernbetjeninger-i fjernbetjeninger-i fjernbetjeninger-i-sanser (eng . - 2006. - 15. juli ( bind 103 , nr. 1 ). - S. 27-42 . - doi : 10.1016/j.rse.2006.03.002 . Arkiveret fra originalen den 14. august 2009.

Noter

↑ Nikodemus, Fred. Retningsbestemt reflektans og emissivitet af en uigennemsigtig overflade (engelsk) // Applied Optics : journal. - 1965. - Bd. 4 , nr. 7 . - s. 767-775 . - doi : 10.1364/AO.4.000767 .
↑ Rusinkiewicz, S. En undersøgelse af BRDF-repræsentation for computergrafik . Hentet 5. september 2007. Arkiveret fra originalen 26. april 2012. (ubestemt)
↑ Wojciech Matusik, Hanspeter Pfister, Matt Brand og Leonard McMillan. En datadrevet refleksionsmodel arkiveret 21. juli 2018 på Wayback-maskinen . ACM-transaktioner på grafik. 22(3) 2002.
↑ BT Phong, Illumination til computergenererede billeder, Communications of ACM 18 (1975), nr. 6, 311-317.
↑ James F. Blinn. Modeller af lysreflektion til computersyntetiserede billeder // Proc . 4. årlige konference om computergrafik og interaktive teknikker: tidsskrift. - 1977. - S. 192 . doi : 10.1145 / 563858.563893 .
↑ K. Torrance og E. Sparrow. Teori for off-spekulær refleksion fra ru overflader. J. Optical Soc. Amerika, bind. 57. 1976. s. 1105-1114.
↑ R. Cook og K. Torrance. "En reflektionsmodel for computergrafik". Computer Graphics (SIGGRAPH '81 Proceedings), Vol. 15, nr. 3, juli 1981, s. 301-316.
↑ 1 2 Ward, Gregory J. (1992). "Måling og modellering af anisotropisk refleksion". Proces af SIGGRAPH . pp. 265-272. DOI : 10.1145/133994.134078 . Hentet 2008-02-03 . |access-date=kræver |url=( hjælp )
↑ SK Nayar og M. Oren, " Generalisering af den Lambertske model og implikationer for maskinsyn arkiveret 22. juni 2010 på Wayback-maskinen ". International Journal on Computer Vision, Vol. 14, nr. 3, s. 227-251, april, 1995
↑ Michael Ashikhmin, Peter Shirley, An Anisotropic Phong BRDF Model, Journal of Graphics Tools 2000
↑ X. He, K. Torrance, F. Sillon og D. Greenberg, En omfattende fysisk model for lysreflektion, Computer Graphics 25 (1991), nr. Årskonferencerækken, 175-186.
↑ E. Lafortune, S. Foo, K. Torrance og D. Greenberg, Ikke-lineær tilnærmelse af reflektansfunktioner. I Turner Whitted, redaktør, SIGGRAPH 97 Conference Proceedings, Annual Conference Series, s. 117-126. ACM SIGGRAPH, Addison Wesley, august 1997.
↑ Ilyin A., Lebedev A., Sinyavsky V., Ignatenko, A., Modellering af de reflekterende egenskaber af materialer af flade objekter fra fotografiske billeder . I: GraphiCon'2009.; 2009. s. 198-201.
↑ Marr D. Vision. Informationstilgang til studiet af repræsentation og bearbejdning af visuelle billeder (neopr.) . - Moskva: Radio og kommunikation, 1987. - S. 252. ; Horn BKP Forstå billedintensiteter // Kunstig intelligens. - 1977. - Nr. 8 . - S. 201-231 .
↑ BRDFRecon-projekt for at gendanne DFOS fra fotografier Arkiveret 20. august 2011 på Wayback Machine