【计算机图形学】高级外观建模
文章目录
- 高级外观建模 Advanced Appearance Modeling
- 参与介质 Participating Media
- 毛发外观 Hair Appearance
- Marschner Model
- Double Cylinder Model
- 颗粒材料 Granular Material
- 透光材质 Translucent Material
- Dipole Approximation
- 布料 Cloth
- 当作表面进行渲染
- 当作参与介质渲染
- 当作实际纤维渲染
- 波动光学 Wave Optics
- 程序化表面 Procedural Appearance
高级外观建模 Advanced Appearance Modeling
参与介质 Participating Media
光线传播途中遇到参与介质，可能被吸收或者分散。
用相位函数 Phase Function 来描述如何散射。
如何渲染？
- 随机选择一个方向弹射
- 随机选择一定距离传播
- 连接每一个着色点形成光路
毛发外观 Hair Appearance
Marschner Model
在 Marschner Model 中，光线与毛发有三种作用：R（直接反射）、TT（直接穿透）与TRT（穿透一层反射再穿透）。
用来表现人的头发最终效果非常好
Double Cylinder Model
Marschner Model 用在动物毛发上效果并不好
这是因为动物毛发与人的头发在生理结构上有一定差别
头发由表皮 Cuticle、皮层 Cortex 和髓质 Medulla 组成，其中髓质分散光线，表皮吸收光线。我们发现美洲豹的髓质比人大得多。所以有了双层圆柱模型：
其中 TTs 与 TRTs 是穿过髓质形成散射的项。
颗粒材料 Granular Material
我们可以避免显示地对每一个颗粒进行建模吗？是可以的，每一个单元认为是以不同比例成分组成的。
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透光材质 Translucent Material
许多表面的视觉特征，这是由于光的入射点与出射点不一致所造成的，光在进入透光材质内部后不断散射后才出射，这与 BRDF 的基本假设相违背。
为了描述这一种现象，引入 BSSRDF ：由一点辐射照度引起的另一点出射辐射亮度
S
(
x
i
,
w
i
;
x
o
,
w
o
)
S(x_i, w_i;x_o,w_o)
S(xi,wi;xo,wo)
渲染方程的推广:对表面上所有点和所有方向进行积分
L
(
x
o
,
ω
o
)
=
∫
A
∫
H
2
S
(
x
i
,
ω
i
,
x
o
,
ω
o
)
L
i
(
x
i
,
ω
i
)
cos
θ
i
d
ω
i
d
A
L\left(x_{o}, \omega_{o}\right)=\int_{A} \int_{H^{2}} S\left(x_{i}, \omega_{i}, x_{o}, \omega_{o}\right) L_{i}\left(x_{i}, \omega_{i}\right) \cos \theta_{i} \mathrm{~d} \omega_{i} \mathrm{~d} A
L(xo,ωo)=∫A∫H2S(xi,ωi,xo,ωo)Li(xi,ωi)cosθi dωi dA
Dipole Approximation
通过引入两点光源近似光扩散。
布料 Cloth
扭曲的纤维 fiber 组成股 Ply，股再组成线 Yarn。
当作表面进行渲染
给定编织模式，利用 BRDF 渲染
当作参与介质渲染
单根光纤的特性及其分布得到其散射参数
当作实际纤维渲染
显示渲染每一根纤维。
波动光学 Wave Optics
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一个光源照射的实际照片放大后发现每一个像素并不是一个颜色，这是得用波动光学来解释的
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利用波动光学得到的 BRDF 与几何光学得到的相比，波动光学的是不连续的
程序化表面 Procedural Appearance
除了纹理，我们还可以用噪声函数定义表面（直接查）。
阈值转换法计算二进制噪声
if noise(x, y, z) > threshold:
reflectance = 1
else:
reflectance = 0
可用于生成山体、水体
