Kahden säteen heijastustoiminto

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 29. elokuuta 2014 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 24 muokkausta .

Kaksisuuntainen heijastuskykyjakaumafunktio ( BRDF ) on neliulotteinen funktio , joka määrittää , kuinka valo heijastuu läpinäkymättömältä pinnalta. Toiminnon parametrit ovat tulevan valon suunta ja lähtevän valon suunta , jotka määritellään suhteessa pinnan normaaliin . Funktio palauttaa heijastuneen kirkkauden suhteen pinnan valaistukseen suunnasta . $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})$ $\omega _{i}$ $\omega _{o}$ $\mathbf {n}$ $\omega _{o}$ $\omega _{i}$

On syytä huomata, että jokainen suunta itsessään riippuu atsimuuttikulmasta ja zeniittikulmasta (zeniittikulmaa kutsutaan myös napakulmaksi ), joten DPOS on neljän muuttujan funktio. DPOS mitataan yksikkönä sr −1 , jossa steradiaani (sr) on avaruuskulman yksikkö . $\omega$ $\phi$ $\theta$

Määritelmä

DFOS:n määritteli ensimmäisen kerran Edward Nicodemus vuonna 1965 [1] . Tämän toiminnon nykyaikainen määritelmä on seuraava:

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

missä on kirkkaus , valaistusvoimakkuus ja suunnan ja normaalin välinen kulma . $L$ $E$ $\theta _{i}$ $\omega _{i}$ $n$

DFOS:iin liittyvät toiminnot

Spatially -varying Bidirectional Reflectance Distribution Function ( SVBRDF) on 6-ulotteinen funktio , jossa se kuvaa 2D-sijainnin kohteen pinnalla. $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o},\mathbf {x} )$ $\mathbf {x}$

Kaksisuuntainen pintakuviotoiminto ( eng. Bidirectional Texture Function, BTF ) soveltuu epätasaisten pintojen mallintamiseen ja sillä on samat parametrit kuin SVBRDF:llä; Lisäksi BTF sisältää sirontaefektejä, kuten varjoja, sisäisiä heijastuksia ja pinnan alaista sirontaa. BTF:n jokaisessa pinnan pisteessä määrittelemiä toimintoja kutsutaan näkyviksi BRDF :iksi .

Kaksisuuntainen sirontaheijastusjakaumafunktio ( BSSRDF ) on yleisempi 8-ulotteinen funktio , jossa pinnalle putoava valo voi sirota sen sisällä ja poistua toisesta pisteestä. $S(\mathbf {x} _{i},\omega _{i},\mathbf {x} _{o},\omega _{o})$

Kaikissa näissä tapauksissa riippuvuutta aallonpituudesta ei otettu huomioon ja se piilotettiin RGB-kanaviin. Todellisuudessa DPOS on kuitenkin riippuvainen aallonpituudesta, ja tällaisten vaikutusten, kuten irisenssin tai luminesenssin laskemiseksi, riippuvuus aallonpituudesta on määriteltävä tarkasti: . $f_{r}(\lambda _{i},\omega _{i},\lambda _{o},\omega _{o})$

DFOS fysiikassa

Fysiikan DPOS:llä on lisäominaisuuksia, esim.

ei-negatiivisuus: $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\geq 0$
täyttää Helmholtzin yhtälön : . $f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})=f_{r}(\omega _{o},\omega _{i})$
energiansäästö: $\forall \omega _{i},\int _{\Omega }f_{r}(\omega _{i},\omega _{o})\,\cos {\theta _{o)) d\omega _{o}\leq 1$

Sovellus

DFOS on radiometrinen peruskonsepti, ja siksi sitä käytetään tietokonegrafiikassa keinotekoisten kohtausten fotorealistiseen renderöintiin (katso renderöintiyhtälö ) ja tietokonenäössä moniin käänteisiin ongelmiin, kuten objektien tunnistukseen .

DFOS (BRDF) on päätyökalu karkeiden pintojen mallintamiseen, joilla on tietyt ominaisuudet, kuten vaaditut heijastuskulmat, karkeiden pintojen mikropintojen kaltevuuskulmat ja niiden valoa vaimentavat ja heijastavat ominaisuudet. Tällaisia pintoja käytetään aurinkopaneelien, aurinkokeräinten ja avaruuslaitteiden ulkoisten suojakerrosten valmistuksessa.

Mallit

DPOS voidaan rakentaa suoraan todellisista kohteista käyttämällä kalibroituja kameroita ja valonlähteitä [2] ; Kuitenkin monia fenomenologisia ja analyyttisiä malleja on ehdotettu, mukaan lukien Lambertin heijastusmalli , jota usein käytetään tietokonegrafiikassa. Joitakin hyödyllisiä ominaisuuksia uusimmissa malleissa:

Anisotrooppinen heijastus
Muokkaus muutamalla intuitiivisella vaihtoehdolla
Fresnel -efektien huomioiminen liukukulmissa
Sopii hyvin yhteen Monte Carlo - menetelmän kanssa .

Wojciech ja totesi, että mitatun näytteen interpolointi johtaa realistisiin tuloksiin ja on helppo ymmärtää. [3]

Esimerkkejä

Lambert-heijastusmalli, erinomainen hajapintojen näyttämiseen (riippuu vain zeniittitulokulmasta ). $f_{r}=\cos(\theta _{i})$
Lommel-Seliger, Kuun ja Marsin heijastus.
Phong-malli , fenomenologinen malli, joka muistuttaa heijastusta muovipinnalta. [neljä]
Blinn-Phong-malli, samanlainen kuin Phong-malli, mutta laskee joitain suureita interpoloimalla, mikä vähentää laskelmien määrää. [5]
Torrance-Sparrow malli, malli, joka edustaa pintaa täydellisesti heijastavien reunojen jakaumana. [6]
Cooke-Torrens-malli, heijastava mikrofasettimalli (Torrens-Sparrow) huomioiden aallonpituuden, joten huomioiden värisiirtymän. [7]
Wardin anisotrooppinen malli, heijastava mikrofasettimalli, jonka jakautumisfunktio riippuu pinnan tangentiaalisesta orientaatiosta (suuntautumisesta tangentin suhteen) (pinnan normaalin lisäksi). [kahdeksan]
Oren-Nayar-malli, malli täydellisesti hajoavista (paremmin kuin peilimäisistä) mikrofaseteista. [9]
Ashkmin-Shirley malli sisältää anisotrooppisen heijastuksen. [kymmenen]
HTSG (He,Torrance,Sillion,Greenberg), kattava fyysinen malli. [yksitoista]
Sisäänrakennettu Lafortuna-malli, Phong-mallin yleistys useilla heijastavilla jakeilla, suunniteltu mittausarvojen valmisteluun. [12]
Lebedev-malli, DFOS:n grid-analyyttinen approksimaatio. [13]
B. K. P. Hornin DFOS kiiltävä maalimalli. [neljätoista]

Mitta

Perinteisesti DPOS-mittaukset tehtiin tietyille valo- ja näkymäsuunnaille käyttämällä goniorescatterometria. Melko tiheät DPOS-mittaukset tällaisilla laitteilla vievät liian paljon aikaa. Yksi ensimmäisistä parannuksista oli läpikuultavan peilin ja digitaalikameran käyttö useiden DPOS-näytteiden ottamiseksi tasaisesta alueesta samanaikaisesti [8] . Siitä lähtien monet tutkijat ovat kehittäneet laitteitaan mittaamaan tehokkaasti DPOS:ää oikeista näytteistä, ja tämä on edelleen laaja tutkimusalue.

Vaihtoehtoinen tapa on palauttaa DPOS valokuvista laajalla dynaamisella kirkkausalueella. Tavallinen tapa on saada valokuvakuvasta näyte DPOS-pisteiden arvoista (tai pilvi) ja optimoida tämä näyte jollakin DPOS-malleista. [viisitoista]

Katso myös

Kirjallisuus

Lubin, Dan; Robert Massom. Polar Remote Sensing: Volume I: Atmosphere and Oceans (englanniksi) . - 1. - Springer, 2006. - S. 756. - ISBN 3540430970 .
Matt, Pharr; Greg Humphreys. Fyysisesti perustuva renderöinti (neopr.) . - 1. - Morgan Kauffmann, 2004. - S. 1019. - ISBN 012553180X .
Schaepman-Strub, G.; ME Schaepman, TH Painter, S. Dangel, JV Martonchik. syntyperä, joka heijastaa tutkimuksia kaukosäätimistä kaukosäätimissä kaukosäätimissä aisteissa (engl . - 2006. - 15. heinäkuuta ( nide 103 , nro 1 ). - s. 27-42 . - doi : 10.1016/j.rse.2006.03.002 . Arkistoitu alkuperäisestä 14. elokuuta 2009.

Muistiinpanot

↑ Nikodemus, Fred. Opaakin pinnan suuntaheijastus ja emissiokyky (englanniksi) // Applied Optics : Journal. - 1965. - Voi. 4 , ei. 7 . - s. 767-775 . - doi : 10.1364/AO.4.000767 .
↑ Rusinkiewicz, S. Tutkimus BRDF:n edustamisesta tietokonegrafiikassa . Haettu 5. syyskuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 26. huhtikuuta 2012. (määrätön)
↑ Wojciech Matusik, Hanspeter Pfister, Matt Brand ja Leonard McMillan. Data-Driven Reflectance Model , arkistoitu 21. heinäkuuta 2018 Wayback Machinessa . ACM Transactions on Graphics. 22(3) 2002.
↑ BT Phong, Valaistus tietokoneella luotuille kuville, ACM 18:n tiedonsiirto (1975), no. 6, 311-317.
↑ James F. Blinn. Valonheijastusmallit tietokoneella syntetisoiduille kuville // Proc . Neljäs vuosikokous tietokonegrafiikasta ja interaktiivisista tekniikoista: lehti. - 1977. - s. 192 . doi : 10.1145 / 563858.563893 .
↑ K. Torrance ja E. Sparrow. Teoria karhennettujen pintojen heijastuksen ulkopuoliselle heijastukselle. J. Optical Soc. Amerikka, voi. 57. 1976. s. 1105-1114.
↑ R. Cook ja K. Torrance. "Tietokonegrafiikan heijastusmalli". Computer Graphics (SIGGRAPH '81 Proceedings), Voi. 15, ei. 3, heinäkuu 1981, s. 301-316.
↑ 1 2 Ward, Gregory J. (1992). "Anisotrooppisen heijastuksen mittaaminen ja mallintaminen". Proceedings of SIGGRAPH . s. 265-272. DOI : 10.1145/133994.134078 . Haettu 2008-02-03 . |access-date=vaatii |url=( apua )
↑ SK Nayar ja M. Oren, " Lambertilaisen mallin yleistäminen ja sen vaikutukset konenäköön Arkistoitu 22. kesäkuuta 2010 Wayback Machinessa ". International Journal on Computer Vision, Voi. 14, ei. 3, s. 227-251, huhtikuu 1995
↑ Michael Ashikhmin, Peter Shirley, An Anisotropic Phong BRDF Model, Journal of Graphics Tools 2000
↑ X. He, K. Torrance, F. Sillon ja D. Greenberg, Kattava fyysinen malli valon heijastukselle, Computer Graphics 25 (1991), no. Annual Conference Series, 175-186.
↑ E. Lafortune, S. Foo, K. Torrance ja D. Greenberg, Heijastusfunktioiden epälineaarinen approksimaatio. Teoksessa Turner Whitted, toimittaja, SIGGRAPH 97 Conference Proceedings, Annual Conference Series, s. 117-126. ACM SIGGRAPH, Addison Wesley, elokuu 1997.
↑ Ilyin A., Lebedev A., Sinyavsky V., Ignatenko, A., Tasaisten esineiden materiaalien heijastusominaisuuksien mallintaminen valokuvakuvista . Julkaisussa: GraphiCon'2009.; 2009. s. 198-201.
↑ Marr D. Vision. Informatiivinen lähestymistapa visuaalisten kuvien esittämisen ja käsittelyn tutkimukseen (neopr.) . - Moskova: Radio ja viestintä, 1987. - S. 252. ; Horn BKP Kuvan intensiteettien ymmärtäminen // Tekoäly. - 1977. - Nro 8 . - S. 201-231 .
↑ BRDFRecon-projekti DFOS:n palauttamiseksi valokuvista Arkistoitu 20. elokuuta 2011 Wayback Machinessa