目录

前言

光源（light source）

辐照度（irradiance）

散射和吸收（scattering and absorption）

着色（Shading）

BRDF光照模型

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前言

渲染时如何决定一个像素的颜色呢？从宏观来说，渲染包含两大部分：决定一个像素的可见性和决定这个像素的光照计算，而光照模型就是用于决定在一个像素上进行怎样的光照计算。

我们要模拟真实的场景，就需要考虑3中物理现象：

1）光线从光源中被发射出来

2）光线和场景中的一些物体相交：一些光线被物体吸收，另一些光线被散射到其他方向

3）摄像机吸收了一些光产生了一张图像。

光源（light source）

光是从光源发出的，在实时渲染中，我们通常把光源当作一个没有体积的点，用 l 来表示它的方向。

辐照度（irradiance）

我们使用辐照度量化光，对平行光来说，它的辐照度可以通过计算在垂直于l 的单位面积上单位时间内穿过的能量来得到。但我们在计算光照模型时，我们需要知道一个物体表面的辐照度，而物体表面往往和l 是不垂直的，我们可以使用光源方向l 和表面法线n 之间的夹角的余弦值来得到。

散射和吸收（scattering and absorption）

光线从光源发出后就会与一些物体相交且出现的结果通常有两种：散射和吸收。

散射只能改变光的方向但不能改变光线的密度和颜色。

吸收只改变光线的密度和颜色但不改变光线的方向。

光在物体表面经过散射后有两种方向：一种将会散射到内部，这种现象被称为折射（refraction）或者是透射（transmission），另一种会散射到外部，被称为反射（reflection）。

对于不透明物体，折射进入物体内部的光线还会继续与内部的颗粒进行相交，其中一些光线最后会重新发射出物体表面，而另一些则会被物体吸收。那些从物体表面重新发射出的光线将具有和入射光线不同的方向分布和颜色。

为了区分这两种不同的散射，光照模型种使用不同的部分来计算它们：高光反射（specular）部分表示物体表面是如何反射光线的，漫反射（diffuse）部分表示有多少光线会被折射、吸收和散射出表面。

根据入射光线的数量和方向，我们可以计算出射光线的数量和方向，通常使用出射度（exitance）来描述它。

辐照度和出射度之间满足线性关系，它们之间的比值就是材质的漫反射和高光反射属性。

着色（Shading）

着色指根据材质的属性（如漫反射属性等）、光源信息（如光源方向、辐照度等）。使用一个等式去计算沿某个观察方向的出射度的过程。

这个等式称为光照模型（Lighting Model），不同光照模型有不同的目的。

BRDF光照模型

Bidirectional Reflectance Distribution Function，简称BRDF，用来知道一个表面是如何和光照进行计算的。

在图形学中,BRDF大多使用一个数学公式表示，并且提供了一些参数来调整材质属性。通常来讲，当给定入射光线的方向和辐照度后，BRDF可以给出在某个出射方向上的光照能量分布。