【PBR理论】第2讲 BRDF理想漫反射(Diffuse)

针对渲染方程中的BxDF(参考:【PBR理论】第1讲 渲染方程概述),我们本节讨论BxDF中的BRDF的理想模型漫反射。

L_o=\int _\Omega f_r\cdot L_i\cdot (\omega _i\cdot n)\cdot d\omega _i

针对漫反射来说:

f_r=\frac{albedo}{\pi },其中albedo可以是材质的颜色。而为什么要除以一个\pi呢。

首先我们来做一个假设,假设入射光分布在该点的所有方向上且亮度相同,且此时f_rL_i都是常数,则:

L_o=f_r\cdot L_i \int _\Omega (\omega _i\cdot n)\cdot d\omega _i=f_r\cdot L_i \int _\Omega cos\theta _i\cdot d\omega _i,注意该\theta是入射光与受光面法线的夹角。

上述是立体角积分(参考:【数学】立体角,积分求球的表面积、体积)

L_o式中的\int_ {\Omega }cos\theta _i\cdot d\omega _i=\int_{0}^{\frac{\pi }{2} }cos\theta _i sin\theta_id \theta \int_ {0}^{2\pi }d\varphi =2\pi \int_{0}^{1}sin\theta_idsin\theta_i=2\pi\int_ {0}^{1}xdx

其结果显然为\pi,以上的象限为何取[0, \frac{\pi}{2}]是因为光线入射时,在上半球是有效的,在下半球是物体被面。

则:

L_o=\pi \cdot f_r\cdot L_i

此时我们考虑一下,倘若每个方向上的光强度都为都为\L_i,那么半球表面的入射光亮度(也即穿过半球的光通量之和)显然为L_I=L_i*半球表面积=2\pi L_i

每个方向上我们计算出的出射光强是L_o,则半球的出射光强L_R=2\pi\cdot L_o=2\pi\cdot \pi f_r L_i

由于能量守恒,则入射光通量=出射光通量,则L_I=L_R

则得:f_r=\frac{1}{\pi}

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