3D渲染-光线追踪-辐射度量学

一、为什么引入辐射度量学

问题一:之前提到 Blinn-Phong Model,是简化的光照模型。


1630478922759-0518357e-ad8a-435d-909e-2b6d595cb2f2.png

其中 光照强度 I 是一个固定的值(如I=10)。那I等于10是什么?在Blinn-Phong model中将光照强度简化为一个数,不合理,在实际中肯定是错误的。

问题二:下图是Whitted Style生成的光线追踪效果图,结果不是很真实。

因为生成过程中,做了一些简化(比如一根光线过来,会产生完美的反射;折射能量损失没有计算;80%反射 20%折射也是自定义)


1630479275178-c8a6d337-059e-4b24-b0b6-2d484c46df38.png

辐射度量学:是在实际中,精准定义光的一系列物理量的方法。

二、辐射度量学

定义了一系列方法和单位,如何来描述光照。
定义如下变量:Radiant flux、intensity、irradiance、radiance


1630481820968-ea1f4f6b-c4db-4186-9647-d2a2b6ba4d08.png

1、Radiant flux

Radiant Energy and Flux(Power)也就是能量。


1630481068403-8040a471-9d03-42ef-94b3-f4dd8105077d.png

Radiant flux is the energy / per unit time 也就是单位时间的能量。(在物理上是功率 W)


1630481088770-80698df2-bb04-48fa-ab4b-0dcd4b9eb357.png

2、Radiant Intensity

The radiant intensity is the power per unit solid angle 也就是单位立体角上的能量。


1630482000211-97e26147-b33d-47f4-ac64-ad2a13002ec7.png

立体角:


1630482800123-e073a6ba-d6ee-4446-bbe5-d53c0caecae8.png

微分立体角:
θ和φ各变化一点点,会引起多大的立体角的变化。


1630482858450-6afeb687-813b-4ec6-9eb3-88dd8b0cf471.png

3、Irradiance

The irradiance is the power per unit area 也就是单位面积上的能量。


1630484191139-3042dd82-e3d0-414c-b30c-d75dbffcb2b1.png

单位面积dA,是需要与入射光线(power)垂直的方向的单位面积。(如果不垂直,需要变成投影过的垂直方向)。之前提到的朗伯余弦定律,如下图:


1630487033096-31414e06-52c4-46cb-a956-8c3aa076be2a.png

光线在传播过程中,irradiance有r²的衰减。如下图:
理解:irradiance和intensity对比。intensity其实没有变化,因为单位立体角其实没有变化,对应的外圈圆弧变化而已。


1630487712070-550d1fed-18dc-4f91-9ed7-a133746164b4.png

4、Radiance

The radiance is the power,per unit solid angle,per unit area 也就是单位立体角、单位面积的能量。


1630488585580-02fb0837-f14e-43c0-8564-3431758f2225.png

理解:
因为:Irradiance 是单位面积的能量
Intensity是单位立体角的能量
所以:
Radiance是 Irradiance / 单位立体角 的能量。即在单位面积上的能量,包含来自各个方向能量,但在某一个方向辐射的能量即为Radiance。Irradiance和Radiance的区别是:是否有方向性。
Radiance是 Intensity / 单位面积 的能量。即在单位立体角上的能量,可以辐射到各个深度的能量,但在某一个面积辐射的能量即为Radiance。

5、Irradiance vs Radiance

1630493730031-6b4abf1f-b92a-4da3-96c8-53280747d8ff.png
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 203,324评论 5 476
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,303评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,192评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,555评论 1 273
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,569评论 5 365
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,566评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,927评论 3 395
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,583评论 0 257
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,827评论 1 297
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,590评论 2 320
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,669评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,365评论 4 318
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,941评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,928评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,159评论 1 259
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,880评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,399评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容