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GAMES101-Lecture 15 Ray Tracing 3(Light Transport & Global Illumination)

Radiometry(后半部分)

Irradiance

  • 单位面积上的能量,其中光的能量方向必须得与表面点垂直
  • 单位面积指的是接受辐射的微小面积dA

pC26nmj.jpg

  • 对于之前的修正:

pC2hQr8.jpg

Radiance

  • 单位立体角、单位面积(projected unit area)上的光的能量,相当于单位面积上的Radiant Intensity,也相当于单位solid angle的Irradiance
  • 单位面积指的是发射辐射的微小面积dA
  • 往solid angle方向辐射能量,$\theta$指的是面的法线和solid angle的方向夹角

pC2WPRx.jpg

Incident Radiance(入射)

  • 单位立体角的Irradiance到达某个单位面积平面的能量

  • 这里单位面积指的是光打到的平面,也就是接受辐射的微小面积dA

pC2W56K.jpg

Exiting Radiance

  • 单位面积上的Radiant Intensity

  • 这个跟上面的Radiance一样,单位面积也是接受辐射的微小面积dA,其实就是Radiance的另一种说法

pC2fpnS.jpg

Irradiance vs. Radiance

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  • 两者之间的差距就是方向性,irradiance接受的辐射是来自四面八方的,最后积分积一下,而Radiance接受的是来自单位角方向的辐射

Light transport

Bidirectional Reflectance Distribution Function(BRDF双向反射分布函数)

  • 为了解决,已知入射光能量和角度,射到物体表面会向各个方向辐射,辐射出去的能量和角度是不一样的,这个方法能求出给定方向的辐射的能量是多少,比如辐射到相机那里会有多少能量

  • 也可以这么理解,一个表面把光线的能量吸收了,然后要再发出去

pC2qbWD.jpg

pC2qLSe.jpg

The reflection equation

  • 下面这个公式是计算来自四面八方的入射光在Lr方向的能量贡献

pC2LPfS.jpg

Chalenge:Recursive Equation

  • 因为光线可能会弹射多次,因而一个着色点受到的光不一定只是来自光源,可能也来自其他物体,所以在计算的时候会是递归式的

The rendering equation

  • 渲染公式就是自发光+反射光

  • $H^2$和$\Omega+$都是表示半球

  • 虽然入射方向wi指向球心,但把w的方向都算成从球心(着色点)指向球外

  • 把$\cos\theta$写成了$n\cdot w_i$法线乘以radiance方向

pC2LzjJ.jpg

  • 一个点光源的简单情况:

pC2v6xS.jpg

  • 多个点光源

pC2vy28.jpg

  • 面光源(积分一下)

pC2vs8f.jpg

  • 其他物体反射

pC2vabd.jpg

  • 简写渲染方程,L是要算的东西,E是发光,K是反射操作符

pC2vrPP.jpg

  • 然后推导,其中右边的L是(E+KL),K算子具有泰勒展开的性质

pC2vB5t.jpg

pC2v0UI.jpg

Global illumination

  • 全局光照是直接和间接光照的集合

  • 全局光照最终会收敛到一个亮度

本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权