Альбедо против Диффузе

Каждый раз, когда я думаю, что понимаю взаимосвязь между этими двумя терминами, я получаю больше информации, которая смущает меня. Я думал, что они были синонимами, но теперь я не уверен.

В чем разница между "рассеянным" и "альбедо"? Являются ли они взаимозаменяемыми терминами или они на практике означают разные вещи?

Краткий ответ: они не являются взаимозаменяемыми, но их значение может иногда совпадать в литературе по компьютерной графике, что может привести к путанице.

Альбедо - это доля падающего света, который отражается от поверхности.

Диффузное отражение - это отражение света во многих направлениях, а не только в одном направлении, как зеркало ( зеркальное отражение ).

В случае идеального диффузного отражения ( коэффициента Ламберта ) падающий свет отражается во всех направлениях независимо от угла, под которым он пришел. Поскольку в литературе по компьютерной графике иногда существует «коэффициент рассеивания» при расчете цвета пикселя, который указывает пропорцию отраженного света, существует возможность путаницы с термином альбедо , который также означает долю отраженного света ,

Если вы визуализируете материал, который имеет только идеальный коэффициент диффузного отражения, то альбедо будет равно коэффициенту диффузии. Однако, как правило, поверхность может отражать некоторый свет рассеянного и другого света зеркально или другими, зависящими от направления способами, так что коэффициент рассеяния составляет только часть альбедо.

Обратите внимание, что альбедо - это термин из наблюдений за планетами, лунами и другими крупномасштабными телами, и это среднее по поверхности, а часто и среднее по времени. Альбедо, таким образом, само по себе не является полезным значением для рендеринга поверхности, где вам необходимо конкретное, текущее свойство поверхности в любом заданном месте на поверхности. Также обратите внимание, что в астрономии термин альбедо может относиться к разным частям спектра в разных контекстах - он не всегда будет относиться к видимому свету человека.

Еще одно отличие, как отмечает Натан Рид в комментарии, состоит в том, что альбедо - это одно среднее значение, которое не дает никакой информации о цвете. Для базового рендеринга коэффициент диффузии дает пропорции для красного, зеленого и синего компонентов по отдельности, поэтому альбедо позволит вам рендерить только полутоновые изображения. Для более реалистичных изображений спектральный рендеринг требует отражательной способности поверхности как функции всего видимого спектра - намного больше, чем одно среднее значение.

Кратко:

• Низкое альбедо -> более темный объект

• Высокое альбедо -> более яркий объект

• Низкое рассеянное отражение -> зеркальное отражение (также известное как Specular)

• высокое диффузное отражение -> хлопкоподобное отражение

Термины «Диффузный», «Зеркальный» и «Отражающий» привели к большой путанице, поскольку они обычно использовались для описания различных процессов освещения в истории компьютерной графики и иногда расходятся с их научным использованием.

чтобы прояснить это, я использую свой собственный словарь, составленный из разных терминов, которые я взял здесь и там:

1- Поверхностное отражение :

• может соответствовать зеркальной карте в старой системе
• Соответствует френелевской отражательной части модели BRDF для диэлектрических материалов и глобальному отражению для металлических.

Описание процесса Surface-Relfectance : свет «отражается» от поверхности без какой-либо передачи внутри материала или микроповерхностного рассеяния, вовлеченного в процесс (без преломления, без поглощения). Информация о цвете света остается неизменной во время процесса отражения поверхности, за исключением некоторых точных случаев (отражение цветного металлика, мерцание)

1.1 - Коэффициент отражения шероховатой поверхности : свет отскакивает от шероховатого материала (микрогранул) в более или менее равномерно распределенном направлении.

1.2 - коэффициент отражения гладкой поверхности : свет, отражающийся от глянцевого или гладкого материала в более или менее ориентированном направлении.

2 - Коэффициент отражения тела

• соответствуют диффузным в старой системе

• соответствуют карте базового цвета или альбедо в новой системе.

Описание процесса « Отражение тела» : свет, попадающий на поверхность, которая не отражается от поверхности, сначала пропускается внутрь объекта, а затем может поглощаться, далее рассеиваться и отражаться, а в некоторых случаях снова выходить из материала. Это включает микроподповерхностное рассеяние от внутренних неровностей. Информация о цвете света изменяется во время этапов поглощения в процессе восстановления тела. И если свету удастся снова выбраться из материала, он передаст информацию о своем цвете. Процесс отражения тела не применим к металлическим материалам, так как они только полностью поглощают или отражают поверхностный свет в зависимости от длины волны.

На отражательную способность тела не будет влиять гладкость поверхности материала, так как внутри материала происходит рассеяние независимо от поверхности, за исключением, может быть, прозрачных материалов, где в основном задействован процесс поглощения (без отклонения света) и очень мало рассеяния. Тогда, когда вы выходите снова, шероховатость поверхности может реально повлиять, если эти световые лучи выходят параллельно или рассеиваются.

Микроповерхностное рассеяние отличается от глобального подповерхностного рассеяния, поскольку для упрощения путем аппроксимации свет рассматривается как выходящий из материала в той же точной точке, в которой он находился. Это то, что делает обычные диэлектрические объекты цветными. ; должна быть передача, затем поглощение и микрорассеяние, а затем повторная передача за пределы материала, чтобы получить цвет диэлектрика

Хорошо, теперь, что я понял из этой путаницы с именами:

1 - относительно диффузного отражения

То, что мы обычно называем диффузным отражением, - это механизм, который включает шероховатую поверхностную отражательную способность и отражательную способность тела для шероховатой диэлектрической поверхности. Но в некоторых случаях термин диффузное отражение может использоваться для описания только части отражательной способности поверхности, если она противоположна процессу передачи.

Что касается металлических материалов, диффузное отражение касается, по сути, только шероховатости поверхности. В случае гладкого металлического материала термин диффузное отражение заменяется зеркальным отражением или прямым отражением (которые добавляют к путанице, поскольку здесь используется зеркальное отражение для обозначения «острого»).

Говоря о гладком диэлектрическом материале, все еще существуют рассеивающие процессы, в том смысле, что свет, передаваемый в материал, все еще рассеивается, когда из него выходят световые лучи (отражательная способность тела), но часть, отражающую поверхностную отражательную способность, можно назвать зеркальной или прямое отражение.

2 - Относительно альбедо

В области физики Альбедо, похоже, представляет собой соотношение между интенсивностью отраженного света (поверхностная отражательная способность + отражательная способность тела) и падающим светом . Так что это одномерная ценность. В CG, с другой стороны, мы рассматриваем альбедо как трехмерное значение в RGB, которое соответствует традиционному «рассеиванию» старой системы и «базовому цвету» рабочего процесса металл / шероховатость. В этом случае альбедо было бы, для рабочего процесса металла / шероховатости отражательная способность тела для диэлектриков и отражательная способность поверхности для металлов, но без френелевой составляющей отражательной способности поверхности френеля .

Но в физическом смысле слова «альбедо» также охватывает часть отражения света от поверхности, связанную с переизлучением света (отражением Френеля).

Однако в технологическом процессе обработки металла и шероховатости BaseColor не имеет никакого падения на отражение Френеля, которое непосредственно внедряется в шейдеры. Таким образом, BaseColor - это, в основном, значение RGB отражательной способности тела для диэлектрического материала, а значение RGB поверхностной отражательной способности отражается от поверхности металлическим материалом (будучи «отраженным от поверхности», но окрашенным образом из-за проводимости металла и их кристаллическая организация вместе взятая).

Это действительно действительно сбивает с толку ... и я даже не уверен, что полностью понял

Один из документов, к которому я обращаюсь вместе с рекомендациями по PBR для веществ: http://creativecoding.evl.uic.edu/courses/cs488/reportsA/brdf.pdf

Думайте о рассеянном свете как о количестве света, рассеянного шероховатостью поверхности.

Поверхности, такие как древесина, имеют высокий коэффициент диффузии из-за текстуры материала, но если бы она была отшлифована, покрыта лаком и отполирована, поверхность была бы намного более гладкой, что уменьшило бы коэффициент диффузии, но увеличило бы «зеркальный блеск» или зеркальность.

Альбедо будет в среднем количеством света, которое отражает поверхность. Луна, несмотря на то, что она находится в ящике и имеет ямки, отражает большое количество света из-за расстояния между наблюдателем и луной, и поэтому рассеивание отдельных областей поверхности можно игнорировать в пользу среднего значения. Возвращаясь к лунному примеру, мы знаем, что на Луне есть много областей с различными величинами диффузных и зеркальных значений, но на достаточно большом расстоянии эти значения становятся менее важными, поскольку мы слишком далеко, чтобы разобрать такие детали с помощью невооруженным глазом

На больших расстояниях вы можете теоретически, в терминах компьютерной графики, использовать альбедо для вычисления среднего цвета поверхности (используя выборку) и использовать коэффициент зеркальности для вычисления яркости этого цвета. Но на практике выборка текстур LOD делает эту работу просто отлично.