Albedo vs Diffuse

Za każdym razem, gdy myślę, że rozumiem związek między tymi dwoma terminami, otrzymuję więcej informacji, które mnie dezorientują. Myślałem, że są synonimami, ale teraz nie jestem pewien.

Jaka jest różnica między „rozproszonym” a „albedo”? Czy są to terminy wymienne, czy w praktyce oznaczają różne rzeczy?

Krótka odpowiedź: nie są one wymienne, ale ich znaczenie może czasem nakładać się na literaturę grafiki komputerowej, co może powodować zamieszanie.

Albedo to proporcja padającego światła, które odbija się od powierzchni.

Odbicie rozproszone to odbicie światła w wielu kierunkach, a nie tylko w jednym kierunku jak lustro ( odbicie lustrzane ).

W przypadku idealnego odbicia rozproszonego ( odbicia lambertańskiego ) padające światło jest odbijane we wszystkich kierunkach niezależnie od kąta, pod jakim się pojawiło. Ponieważ w literaturze poświęconej grafice komputerowej występuje czasami „współczynnik rozproszenia” przy obliczaniu koloru piksela, który wskazuje proporcję światła odbijanego rozproszonego, istnieje możliwość pomylenia z terminem albedo , co oznacza również proporcję odbijanego światła .

Jeśli renderujesz materiał, który ma tylko idealne rozproszone odbicie, albedo będzie równe współczynnikowi rozproszenia. Jednak na ogół powierzchnia może odbijać pewne światło rozproszone, a inne światło w sposób szczególny lub w inny zależny od kierunku sposób, tak że współczynnik rozproszenia stanowi tylko ułamek albedo.

Zauważ, że albedo jest terminem z obserwacji planet, księżyców i innych ciał wielkoskalowych i jest średnią na powierzchni, a często średnią w czasie. Albedo nie jest zatem samo w sobie użyteczną wartością do renderowania powierzchni, w której potrzebujesz konkretnej, bieżącej właściwości powierzchni w dowolnym miejscu na powierzchni. Zauważ też, że w astronomii termin albedo może odnosić się do różnych części widma w różnych kontekstach - nie zawsze będzie odnosić się do ludzkiego światła widzialnego.

Inną różnicą, jak zauważa Nathan Reed w komentarzu, jest to, że albedo jest pojedynczą wartością średnią, która nie daje informacji o kolorze. Dla podstawowego renderowania współczynnik rozproszenia podaje proporcje dla składników czerwonego, zielonego i niebieskiego osobno, więc albedo pozwoli tylko renderować obrazy w skali szarości. Aby uzyskać bardziej realistyczne obrazy, renderowanie spektralne wymaga odbicia powierzchni w funkcji całego widma widzialnego - znacznie więcej niż pojedynczej wartości średniej.

Krótko:

• Low albedo -> ciemniejszy obiekt

• Wysokie albedo -> jaśniejszy obiekt

• Niskie odbicie rozproszone -> odbicie lustrzane (inaczej Specular)

• wysokie rozproszone odbicie -> odbicie podobne do bawełny

Terminy rozproszenia, odbicia i refleksji doprowadziły do ​​wielu nieporozumień, ponieważ były one powszechnie stosowane do opisywania różnych procesów oświetleniowych w historii CG, a czasem odbiegają od ich zastosowań naukowych.

aby to wyjaśnić, używam własnego słownictwa złożonego z różnych terminów, które wybrałem tu i tam:

1- Odbicie powierzchniowe :

• może odpowiadać mapie lustrzanej w starym systemie
• Odpowiadają części odbiciowej Fresnela modelu BRDF dla materiałów dielektrycznych i globalnej refleksji dla materiałów metalicznych.

Opis procesu względnej powierzchni : światło „odbija się” od powierzchni bez żadnej transmisji wewnątrz materiału lub rozproszenia mikropodpowierzchniowego związanego z procesem (bez refrakcji, bez absorpcji). Informacje o kolorze światła pozostają zmienione w trakcie procesu odbicia powierzchni, z wyjątkiem niektórych precyzyjnych przypadków (kolorowe metaliczne odbicie, migotanie)

1.1 - Współczynnik odbicia szorstkiej powierzchni : światło „odbija się” od szorstkiego materiału (mikroskładników) w mniej lub bardziej równomiernie rozłożonym kierunku.

1.2 - gładki współczynnik odbicia powierzchni : światło „odbija się” od błyszczącego lub gładkiego materiału w mniej lub bardziej zorientowanym kierunku.

2 - Odbicie ciała

• odpowiadają rozproszeniu w starym systemie

• odpowiadają mapie basecolor lub albedo w nowym systemie.

Opis procesu odbicia ciała : Światło padające na powierzchnię, która nie jest odbijana, jest najpierw przenoszone do wnętrza obiektu, a następnie może być pochłaniane, dalej rozpraszane i odbijane, a w niektórych przypadkach ponownie wychodzi z materiału. Polega ona na rozproszeniu mikropodpowierzchniowego z wewnętrznych nieprawidłowości. Informacje o jasnym kolorze są zmieniane podczas etapów wchłaniania w procesie odkażania organizmu. A jeśli światło ponownie wydostanie się z materiału, prześle informacje o kolorze. Proces odbicia ciała nie ma zastosowania do materiału metalicznego, ponieważ pochłaniają one całkowicie lub odbijają światło w zależności od długości fali.

Na gładkość powierzchni materiału nie będzie miało wpływu odbijanie się od ciała, ponieważ wewnątrz materiału zachodzi rozproszenie bez względu na powierzchnię, z wyjątkiem może przezroczystych materiałów, w których występuje głównie proces absorpcji (bez odchylenia światła) i bardzo mało rozproszenia. Następnie, gdy wychodzisz ponownie, chropowatość powierzchni może naprawdę wpływać na to, czy te promienie świetlne wychodzą równolegle lub rozproszone.

Rozpraszanie mikropodpowierzchniowe różni się od globalnego rozpraszania podpowierzchniowego, ponieważ dla uproszczenia poprzez przybliżenie światło uważa się za wychodzące z materiału dokładnie w tym samym punkcie, w którym weszło. To właśnie sprawia, że ​​zwykłe obiekty dielektryczne mają kolor ; musi nastąpić transmisja, następnie absorpcja i mikrozrzucanie, a następnie ponowna transmisja na zewnątrz materiału w celu uzyskania koloru dielektryka

Ok, teraz rozumiem z tego zamieszania w nazewnictwie:

1 - dotyczący odbicia rozproszonego

To, co nazywamy zwykle nazywamy rozproszone odbicie jest mechanizmem, który obejmuje szorstkiej powierzchni odbijające i ciało-odbicia na szorstkiej powierzchni dielektrycznej. Ale w niektórych przypadkach termin odbicie rozproszone może być użyty do opisania tylko części powierzchniowego współczynnika odbicia , w przeciwieństwie do procesu transmisji.

W przypadku materiałów metalowych rozproszone odbicie dotyczy w rzeczywistości jedynie szorstkiego odbicia powierzchni. W przypadku gładkiego materiału metalicznego termin odbicie rozproszone zastępuje się odbiciem zwierciadlanym lub odbiciem bezpośrednim (które zwiększają zamieszanie, ponieważ używa się tutaj określenia zwierciadlanego jako „ostre”).

Mówiąc o gładkim materiale dielektrycznym, nadal zachodzą procesy rozpraszające, w tym sensie, że światło przekazywane do materiału jest nadal rozproszone, gdy się z niego wydostaje (odbicie ciała), ale jego część odbicia powierzchni można nazwać lustrzanym lub bezpośrednie odbicie.

2 - Dotyczące albedo

W dziedzinie fizyki Albedo wydaje się być stosunkiem intensywności światła odbitego (odbicie powierzchniowe + odbicie ciała) do światła padającego . Jest to więc jedna wartość wymiarowa . Z drugiej strony, w CG postrzegamy albedo jako trójwymiarową wartość w RGB, która odpowiada tradycyjnemu „rozproszeniu” starego systemu i „baseColor” przepływu pracy metal / szorstkość. W tym przypadku albedo byłoby dla przepływu pracy metal / chropowatość współczynnik odbicia ciała dla dielektryków oraz współczynnik odbicia powierzchni dla metali, ale bez komponentu Fresnela współczynnika odbicia powierzchni Fresnela .

Ale w fizycznym sensie tego terminu albedo obejmuje również część odbicia powierzchniowego ponownego emitowania światła (odbicie Fresnela).

Jednak w przepływie pracy metal / szorstkość, BaseColor nie ma żadnego wpływu na odbicie Fresnela, które jest bezpośrednio osadzone w modułach cieniujących. Zatem BaseColor jest w zasadzie wartością RGB współczynnika odbicia dla materiału dielektrycznego i wartością RGB współczynnika odbicia powierzchni, która jest odbijana powierzchniowo przez materiał metaliczny (będąca „odbiciem powierzchniowym”, ale w sposób barwny ze względu na przewodzące właściwości metali i ich krystaliczna organizacja razem).

To wszystko jest naprawdę mylące ... i nawet nie jestem pewien, czy całkowicie to rozumiem

Jeden z dokumentów, o których mowa, wraz z wytycznymi PBR dla substancji: http://creativecoding.evl.uic.edu/courses/cs488/reportsA/brdf.pdf

Pomyśl o rozproszonym jak o ilości światła rozproszonego przez szorstkość powierzchni.

Powierzchnie, takie jak drewno, mają wysoki współczynnik rozproszenia ze względu na fakturę materiału, ale gdyby były szlifowane, lakierowane i polerowane, powierzchnia byłaby znacznie gładsza, zmniejszając w ten sposób współczynnik rozproszenia, ale zwiększając „połysk lustra” lub specularity.

Albedo byłoby średnią ilością światła, którą odbija powierzchnia. Księżyc, mimo że jest pokryty kraterami i wżerami, odbija dużo światła ze względu na odległość między obserwatorem a księżycem, dlatego rozproszenie poszczególnych obszarów powierzchniowych można zignorować na korzyść wartości średniej. Wracając do księżycowego przykładu, wiemy, że Księżyc ma wiele regionów, z różną ilością wartości rozproszonych i lustrzanych, ale w wystarczająco dużej odległości wartości te stają się mniej ważne, ponieważ jesteśmy zbyt daleko, aby dostrzec takie szczegóły za pomocą gołym okiem.

Na duże odległości można teoretycznie, w kategoriach grafiki komputerowej, użyć albedo do obliczenia średniego koloru powierzchni (przy użyciu próbkowania) i użyć współczynnika zwierciadła do obliczenia jasności tego koloru. Ale w praktyce próbkowanie tekstur LOD dobrze sobie radzi.