图形学理论光照模型

た入场券 2022-08-19 08:19 110阅读 0赞

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# 光照模型 #

## 1. Lambert模型 ##

理想漫反射模型，各个方向一样。

## 2.Phong（1975）\[[1][]\] ##

![05141220-60569fdefea144ae8106d4bfecdf1ca0.png][]

经验模型，**R和V的夹角决定镜面高光的强度**。

## 3.Blinn-Phong（1977）\[[2][]\] ##

![05141254-1073bb1796e7414b9de9273792d14d06.png][]

引入了半角向量的概念，对Phong模型进行了改进，**镜面高光由n和h的夹角决定**。

## 4. Cook-Torrance 模型（1982）\[[3][]\] ##

用模型模拟了金属和塑料材质，考虑到了入射角变化时发生的颜色偏移。

基本反射模型：

![05141353-bfae7506c70f410896cc436aa5a8c617.png][]

其中环境光和漫反射分量不依赖于观察者的位置。

假设表面是由微面元组成的，**镜面分量写为**：![05141444-4b929c51dc7b4858b3a1e9ecf3564655.png][]　　**加入了：几何项G、Fresnel项、粗糙度项D.**

**粗糙度项D**：代表了可以有效反射光的那一部分微面元所占的比例。

有多种分布函数：

高斯分布模型：

![05141534-03a358aecc564b05987f96ae399c3efb.png][]

Beckmann分布函数：

![05141547-07a902e3e3894fd68a4918b4c721c082.png][]

**几何项G**：几何衰减项，表现了微小面元之间的互相遮挡（shadowing and masking）所造成的影响。

![05141654-f1f0e19304da495a97a2b0cb3fba14d5.png][]

**Fresnel项F**:描述了在每一个微面元上光是如何反射。与入射角和波长相关。

![05141712-29849c8ed8c1494d8514fa3984e700b6.png][]

![05141749-b0d5a7738e034325bf2a171e98cd272a.png][]

通过垂直入射时的公式，可以解出折射率n，然后再将得到的n代入原来的公式即可得到其他各个角度下的F。

这个过程可以对不同的波长重复多次，以获得反射的方向和光谱分布。

几点理论：当入射角接近90°的时候，F接近于1，反射光的颜色接近于光源的颜色。颜色偏移在入射角接近90°变得很重要。可以用查找表简化计算。

**镜面反射的颜色通常是材料的颜色而不是光源的颜色。**

**塑料**使用白色的镜面高光，漫反射成分大而镜面反射成分小。这种物体的漫反射颜色和镜面反射颜色通常不同。

**金属**的反射一般发生在表面，漫反射分量很小，有时甚至可以忽略。粗糙度的值m也很小。

## 5．Kajiya各向异性反射模型（1985） \[[4][]\] ##

根据电磁波理论推导出来的模型，反映了各向异性表面的反射和折射。

## 6.Oren-Nayar 模型（1994）\[[5][]\] ##

提出对于体反射来说，lambertian的模型不能正确体现其效果。

本模型主要对粗糙表面的物体建模，比如石膏、沙土、陶瓷还有布。

用了一系列的lambert微面元，考虑了微小面元之间的相互遮挡（shadowing and masking）和互相反射照明。

## 7.Minnaert 漫反射模型（Marcel Minnaert 1941） ##

丝绒 反射公式

## 8.Ward 反射模型 ##

各向同性。

各项异性。

## 9.Schlick反射模型 ##

简化了Phong模型的指数运算。

## 10. Xiao D. He模型（1991）\[[6][]\] ##

一个非常复杂的综合物理模型。

但仍然是一个反射模型。

基于物理光学，描述了表面的镜面反射、有方向的漫反射、均匀漫反射。

反射光依赖于波长、入射角、两个表面粗糙度系数、表面折射率。

可以应用到金属、非金属、塑料（光滑、粗糙）。

1. Phong, B.T., *Illumination for computer generated pictures* 1975.

2. Blinn, J.F., *Models of light reflection for computer synthesized pictures* 1977.

3. Cook, R.L. and K.E. Torrance,  *A Reflectance Model for Computer Graphics* 1982.

4. Kajiya, J.T., *Anisotropic reflection models* 1985: p. 15 - 21

5. Oren, P. and P.K. Nayar, *Generalization of Lambert’s Reflectance Model.* 1994: p. 239 - 246

6. He, X.D., et al., *A comprehensive physical model for light reflection* 1991: p. 175 - 186

[1]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_1
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[2]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_2
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[3]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_3
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[4]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_4
[5]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_5
[6]: http://www.cnblogs.com/mengdd/archive/2013/08/05/3238123.html#_ENREF_6