مدل‌های سایه‌زنی و بازتاب

مدل‌های سایه‌زنی و بازتاب نحوه بازتاب نور از یک سطح را تابعی از جنس آن، جهت نورپردازی و جهت دید توصیف می‌کنند و رنگ و ظاهر هر نقطه در یک تصویر رندر شده را تعیین می‌کنند.

Definition

یک مدل بازتاب، یا BRDF، نسبت درخشندگی بازتاب‌شده در یک جهت خروجی معین را به تابش ورودی از یک جهت ورودی معین در یک نقطه از سطح مشخص می‌کند.

Scope

این موضوع مدل‌های سایه‌زنی تجربی مانند بازتاب پراکنده لامبرتی و بازتاب آینه‌ای فونگ، تابع توزیع بازتاب دوجهته به عنوان فرمالیسم کلی برای بازتاب سطح، مدل‌های ریزوجهی مبتنی بر فیزیک، و محدودیت‌های حفظ انرژی و تقابل که مدل‌های بازتاب را قابل قبول می‌سازند، را پوشش می‌دهد.

Core questions

• رنگ یک سطح چگونه به نورپردازی و زاویه دید بستگی دارد؟
• چه چیزی سطوح مات، براق و آینه‌ای را از هم متمایز می‌کند؟
• یک مدل بازتاب قابل قبول باید چه محدودیت‌های فیزیکی را برآورده کند؟
• ظاهر مواد واقعی چگونه ثبت و بازتولید می‌شوند؟

Key concepts

• بازتاب پراکنده و آینه‌ای
• تابع توزیع بازتاب دوجهته
• مدل‌های ریزوجهی
• بازتاب فرنل
• حفظ انرژی و تقابل
• مواد مبتنی بر فیزیک

Key theories

مدل بازتاب فونگ

ظاهر سطح به عنوان مجموعه‌ای از عبارات محیطی، پراکنده و آینه‌ای مدل‌سازی می‌شود، با هایلایت آینه‌ای که توسط یک توان براقیت کنترل می‌شود، یک تقریب تجربی کارآمد که به پیش‌فرض برای سایه‌زنی بلادرنگ اولیه تبدیل شد.

بازتاب ریزوجهی

یک سطح ناهموار به عنوان توزیعی از ریزوجه‌های آینه‌ای کوچک مدل‌سازی می‌شود، و بازتاب آن از توزیع نرمال وجه، پوشش-سایه‌زنی هندسی و بازتاب فرنل مشتق می‌شود که منجر به مواد مبتنی بر فیزیک و حفظ‌کننده انرژی می‌شود.

Clinical relevance

مدل‌های سایه‌زنی مبتنی بر فیزیک اساس سیستم‌های مواد مدرن در موتورهای فیلم و بازی هستند که امکان ظاهر مواد ثابت و قابل پیش‌بینی را در شرایط نوری مختلف فراهم می‌کنند و رندرینگ را به مسئله معکوس بازیابی مواد از عکس‌ها متصل می‌کنند.

History

مدل فونگ در سال 1975 یک دستورالعمل تجربی سریع برای هایلایت‌ها ارائه داد؛ مدل ریزوجهی کوک و تورنس در سال 1982 مبانی فیزیکی از اپتیک را به گرافیک آورد، و دهه 2010 شاهد تبدیل شدن سایه‌زنی مبتنی بر فیزیک به یک استاندارد صنعتی بود.

Key figures

• Bui Tuong Phong
• Robert Cook
• Kenneth Torrance

Seminal works

• phong1975
• cook1982

Frequently asked questions

BRDF چیست؟

تابع توزیع بازتاب دوجهته (BRDF) میزان نوری را که از یک جهت می‌رسد و به سمت جهت دیگری بازتاب می‌شود، توصیف می‌کند و نشان می‌دهد که آیا یک سطح مات، براق یا آینه‌ای به نظر می‌رسد.

چرا حفظ انرژی در یک مدل سایه‌زنی مهم است؟

یک سطح نباید بیشتر از نوری که دریافت می‌کند، بازتاب دهد؛ اعمال حفظ انرژی باعث می‌شود مواد از نظر فیزیکی قابل قبول باشند و از روشن شدن غیرطبیعی صحنه‌های رندر شده جلوگیری می‌کند.