Kettős fényvisszaverő funkció

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2014. augusztus 29-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 24 szerkesztést igényelnek .

A kétirányú reflexiós eloszlás függvény (BRDF) egy négydimenziós függvény , amely meghatározza , hogy a fény hogyan verődik vissza egy átlátszatlan felületről. A függvény paraméterei a bejövő fény iránya és a kimenő fény iránya , amelyek a felület normáljához viszonyítva vannak meghatározva . A függvény visszaadja a visszavert fényerő és a felület megvilágításának arányát irányból . $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})$ $\omega _{i}$ $\omega _{o}$ $\mathbf {n}$ $\omega _{o}$ $\omega _{i}$

Érdemes megjegyezni, hogy mindegyik irány maga az azimutszögtől és a zenitszögtől függ (a zenitszöget polárszögnek is nevezik ), így a DPOS négy változó függvénye. A DPOS mértékegysége sr −1 , ahol a szteradián (sr) a térszög mértékegysége . $\omega$ $\phi$ $\theta$

Definíció

A DFOS-t először Edward Nicodemus határozta meg 1965-ben [1] . Ennek a függvénynek a modern meghatározása a következő:

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

ahol a fényerő , a megvilágítás , valamint az irány és a normál közötti szög . $L$ $E$ $\theta _{i}$ $\omega _{i}$ $n$

A DFOS-hoz kapcsolódó funkciók

A térben változó kétirányú tükröződéseloszlási függvény ( SVBRDF) egy 6-dimenziós függvény , amely egy objektum felületén lévő 2D-s helyet írja le. $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o},\mathbf {x} )$ $\mathbf {x}$

A kétirányú textúra funkció ( eng. Bidirectional Texture Function, BTF ) egyenetlen felületek modellezésére alkalmas, és ugyanazokkal a paraméterekkel rendelkezik, mint az SVBRDF; ezen kívül a BTF tartalmaz szóródási effektusokat, például árnyékokat, belső visszaverődéseket és felszín alatti szóródást. A BTF által a felület minden pontjában meghatározott függvényeket látható BRDF -eknek nevezzük .

A kétirányú szórási visszaverődés eloszlási függvény ( BSSRDF ) egy általánosabb 8 dimenziós függvény , amelyben egy felületre eső fény szétszóródhat a felületen, és egy másik pontból kiléphet. $S(\mathbf {x} _{i},\omega _{i},\mathbf {x} _{o},\omega _{o})$

Mindezekben az esetekben a hullámhossztól való függést nem vették figyelembe, és az RGB csatornákban rejtették el. A valóságban azonban a DPOS függ a hullámhossztól, és az olyan hatások kiszámításához, mint az iriszcencia vagy a lumineszcencia , a hullámhossztól való függést kifejezetten meg kell adni: . $f_{r}(\lambda _{i},\omega _{i},\lambda _{o},\omega _{o})$

DFOS a fizikában

A fizikában a DPOS-nak további tulajdonságai vannak, pl.

nem negativitás: $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\geq 0$
kielégíti a Helmholtz egyenletet : . $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})=f_{r}(\omega _{o},\omega _{i})$
energiatakarékos: $\forall \omega _{i},\int _{\Omega }f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\,\cos {\theta _{o)) d\omega _{o}\leq 1$

Alkalmazás

A DFOS egy alapvető radiometriai fogalom, ezért használják a számítógépes grafikában mesterséges jelenetek fotorealisztikus megjelenítésére (lásd a renderelési egyenletet ), valamint a számítógépes látásban számos inverz probléma, például objektumfelismerés esetén .

A DFOS (BRDF) a fő eszköz a meghatározott tulajdonságokkal rendelkező durva felületek modellezésére, mint például a szükséges visszaverődési szögek, durva felületek mikrofelületeinek dőlésszögei, fényelnyelő és fényvisszaverő képességeik. Az ilyen felületeket napelemek, napkollektorok és űrberendezések külső védőrétegeinek gyártásához használják.

Modellek

A DPOS közvetlenül valós tárgyakból építhető kalibrált kamerák és fényforrások segítségével [2] ; azonban számos fenomenológiai és analitikai modellt javasoltak, köztük a számítógépes grafikában gyakran használt Lambert-reflexiós modellt. A legújabb modellek néhány hasznos funkciója:

Anizotróp visszaverődés
Szerkesztés néhány intuitív lehetőséggel
A Fresnel - effektusok figyelembevétele csúszószögeknél
Jól kombinálható a Monte Carlo módszerrel .

Wojciech és azt találta, hogy a mért minta interpolálása reális eredményekhez vezet, és könnyen érthető. [3]

Példák

Lambert reflexiós modell, kiválóan alkalmas diffúz felületek megjelenítésére (csak a beesési zenitszögtől függően ). $f_{r}=\cos(\theta _{i})$
Lommel-Seliger, a Hold és a Mars tükörképe.
Phong modell , a műanyag felületről való visszaverődéshez hasonló fenomenológiai modell. [négy]
A Blinn-Phong modell hasonló a Phong modellhez, de bizonyos mennyiségeket interpolációval számol, ezáltal csökkenti a számítások számát. [5]
Torrance-Sparrow modell, egy olyan modell, amely a felületet tökéletesen tükröző élek eloszlásaként ábrázolja. [6]
Cooke-Torrens modell, reflektív mikrofelület modell (Torrens-Sparrow) a hullámhossz figyelembe vételével, így a színeltolódást is figyelembe véve. [7]
Ward anizotróp modellje, egy reflektív mikrofelület modell, amelynek eloszlásfüggvénye a felület tangenciális orientációjától (az érintőhöz viszonyított orientációjától) függ (a felületi normál mellett). [nyolc]
Az Oren-Nayar modell, a tökéletesen szóródó (jobb, mint a tükörképes) mikrofelületek modellje. [9]
Ashkmin-Shirley modell anizotrop reflexióval. [tíz]
HTSG (He,Torrance,Sillion,Greenberg), egy átfogó fizikai modell. [tizenegy]
Beépített Lafortuna modell, a Phong modell általánosítása több fényvisszaverő frakcióval, a mért értékek elkészítésére. [12]
Lebedev-modell, a DFOS grid-analitikai közelítése. [13]
B. K. P. Horn DFOS fényes festék modellje. [tizennégy]

Méret

Hagyományosan a DPOS méréseket meghatározott fény- és látási irányokra gonioreszcatterométerrel végezték. A DPOS meglehetősen sűrű mérése ilyen berendezéseken túl sok időt vesz igénybe. Az egyik első fejlesztés egy áttetsző tükör és egy digitális kamera használata volt, amellyel egyidejűleg több DPOS mintát vettek egy sík területről [8] . Azóta sok kutató fejlesztette ki eszközeit a DPOS hatékony mérésére valós mintákból, és ez még mindig nagy kutatási terület.

Alternatív megoldás a DPOS visszaállítása fényképes képekből széles dinamikus fényerővel. A szokásos módszer a DPOS-pontok értékmintájának (vagy felhőjének) kinyerése egy fényképes képből, és a minta optimalizálása a DPOS-modellek egyikével. [tizenöt]

Lásd még

Irodalom

Lubin, Dan; Robert Massom. Polar Remote Sensing: I. kötet: Atmosphere and Oceans (angol) . - 1. - Springer, 2006. - P. 756. - ISBN 3540430970 .
Matt, Pharr; Greg Humphreys. Fizikai alapú renderelés (neopr.) . - 1. - Morgan Kauffmann, 2004. - S. 1019. - ISBN 012553180X .
Schaepman-Strub, G.; ME Schaepman, TH Painter, S. Dangel, JV Martonchik. felmenői, amelyek tükrözik a távirányítók tanulmányozását a távirányítókban - a távirányítókban az értelemekben (engl . - 2006. - július 15. ( 103. évf. , 1. sz.). - P. 27-42 . - doi : 10.1016/j.rse.2006.03.002 . Az eredetiből archiválva : 2009. augusztus 14.

Jegyzetek

↑ Nikodémus, Fred. Átlátszatlan felület irányított reflexiója és emissziós képessége (angol) // Applied Optics : Journal. - 1965. - 1. évf. 4 , sz. 7 . - P. 767-775 . - doi : 10.1364/AO.4.000767 .
↑ Rusinkiewicz, S. Felmérés a BRDF reprezentációjáról a számítógépes grafikában . Letöltve: 2007. szeptember 5. Az eredetiből archiválva : 2012. április 26.. (határozatlan)
↑ Wojciech Matusik, Hanspeter Pfister, Matt Brand és Leonard McMillan. A Data-Driven Reflectance Model archiválva 2018. július 21-én a Wayback Machine -nél . ACM-tranzakciók a grafikán. 2002. évi 22. cikk (3) bekezdése.
↑ BT Phong, Megvilágítás számítógép által generált képekhez, Kommunikáció az ACM 18-hoz (1975), no. 6, 311-317.
↑ James F. Blinn. Fényvisszaverődési modellek számítógépes szintetizált képekhez // Proc . 4. éves konferencia a számítógépes grafikáról és az interaktív technikákról : folyóirat. - 1977. - 192. o . doi : 10.1145 / 563858.563893 .
↑ K. Torrance és E. Sparrow. Elmélet az érdesített felületekről származó tükörtől eltérő visszaverődéshez. J. Optical Soc. Amerika, vol. 57. 1976. pp. 1105-1114.
↑ R. Cook és K. Torrance. "Reflexiós modell számítógépes grafikához". Computer Graphics (SIGGRAPH '81 Proceedings), Vol. 15, sz. 3, 1981. július, pp. 301-316.
↑ 1 2 Ward, Gregory J. (1992). „Anizotróp visszaverődés mérése és modellezése”. Proceedings of SIGGRAPH . pp. 265-272. DOI : 10.1145/133994.134078 . Letöltve: 2008-02-03 . |access-date=|url=( segítségre van szüksége )
↑ SK Nayar és M. Oren, " A Lamberti modell általánosítása és a gépi látásra vonatkozó következmények archiválva 2010. június 22-én a Wayback Machine -nél ". International Journal on Computer Vision, Vol. 14. sz. 3, pp. 227-251, 1995. április
↑ Michael Ashikhmin, Peter Shirley, An Anisotropic Phong BRDF Model, Journal of Graphics Tools 2000
↑ X. He, K. Torrance, F. Sillon és D. Greenberg, A fényvisszaverődés átfogó fizikai modellje, Computer Graphics 25 (1991), 2. sz. Éves konferenciasorozat, 175-186.
↑ E. Lafortune, S. Foo, K. Torrance és D. Greenberg, Reflexiós függvények nemlineáris közelítése. In Turner Whitted, szerkesztő, SIGGRAPH 97 Conference Proceedings, Annual Conference Series, pp. 117-126. ACM SIGGRAPH, Addison Wesley, 1997. augusztus.
↑ Iljin A., Lebegyev A., Szinyavszkij V., Ignatenko, A., Lapos tárgyak anyagainak tükröző tulajdonságainak modellezése fényképes képek alapján . In: GraphiCon'2009.; 2009. p. 198-201.
↑ Marr D. Vision. A vizuális képek ábrázolásának és feldolgozásának tanulmányozásának információs megközelítése (neopr.) . - Moszkva: Rádió és kommunikáció, 1987. - S. 252. ; Horn BKP A képintenzitás megértése // Mesterséges intelligencia. - 1977. - 8. sz . - S. 201-231 .
↑ A BRDFRecon projekt a DFOS helyreállítására a fényképekből Archiválva : 2011. augusztus 20. a Wayback Machine -nél