3D渲染-光線追蹤-輻射度量學(xué)

一典蝌、為什么引入輻射度量學(xué)

問題一:之前提到 Blinn-Phong Model雀哨,是簡化的光照模型固额。


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其中 光照強度 I 是一個固定的值(如I=10)眠蚂。那I等于10是什么晰洒?在Blinn-Phong model中將光照強度簡化為一個數(shù)宦搬,不合理静汤,在實際中肯定是錯誤的珊肃。

問題二:下圖是Whitted Style生成的光線追蹤效果圖绊茧,結(jié)果不是很真實定枷。

因為生成過程中葵袭,做了一些簡化(比如一根光線過來尸饺,會產(chǎn)生完美的反射隧饼;折射能量損失沒有計算沈堡;80%反射 20%折射也是自定義)


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輻射度量學(xué):是在實際中,精準(zhǔn)定義光的一系列物理量的方法燕雁。

二诞丽、輻射度量學(xué)

定義了一系列方法和單位,如何來描述光照拐格。
定義如下變量:Radiant flux僧免、intensity、irradiance捏浊、radiance


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1猬膨、Radiant flux

Radiant Energy and Flux(Power)也就是能量。


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Radiant flux is the energy / per unit time 也就是單位時間的能量呛伴。(在物理上是功率 W)


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2勃痴、Radiant Intensity

The radiant intensity is the power per unit solid angle 也就是單位立體角上的能量。


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立體角:


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微分立體角:
θ和φ各變化一點點热康,會引起多大的立體角的變化沛申。


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3、Irradiance

The irradiance is the power per unit area 也就是單位面積上的能量姐军。


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單位面積dA铁材,是需要與入射光線(power)垂直的方向的單位面積尖淘。(如果不垂直,需要變成投影過的垂直方向)著觉。之前提到的朗伯余弦定律村生,如下圖:


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光線在傳播過程中,irradiance有r2的衰減饼丘。如下圖:
理解:irradiance和intensity對比趁桃。intensity其實沒有變化,因為單位立體角其實沒有變化肄鸽,對應(yīng)的外圈圓弧變化而已卫病。


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4、Radiance

The radiance is the power典徘,per unit solid angle蟀苛,per unit area 也就是單位立體角、單位面積的能量逮诲。


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理解:
因為:Irradiance 是單位面積的能量
Intensity是單位立體角的能量
所以:
Radiance是 Irradiance / 單位立體角 的能量帜平。即在單位面積上的能量,包含來自各個方向能量梅鹦,但在某一個方向輻射的能量即為Radiance裆甩。Irradiance和Radiance的區(qū)別是:是否有方向性。
Radiance是 Intensity / 單位面積 的能量帘瞭。即在單位立體角上的能量淑掌,可以輻射到各個深度的能量,但在某一個面積輻射的能量即為Radiance蝶念。

5抛腕、Irradiance vs Radiance

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