GAMES101第十五讲Ray Tracing 3笔记

光线追踪3

  • 一、辐射度量学2
  • 二、双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function)
  • 三、基础概率论知识
  • 参考文献

一、辐射度量学2

(1)Irradiance
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①Irradiance是指物体表面单位面积所接受的能量,会从四面八方接受能量。
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②Irradiance所接受的能量指垂直于表面的能量。
③Irradiance会随着传播距离的增大而衰减。
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  • 点光源的功率记作φ。
  • 对于半径为1的球,其球面每个单位球面度的功率为φ/4π;对于半径为r的球,其球面每个单位球面度的功率为φ/4πr2。

(2)Radiance
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①Radiance是指每个单位立体角每个单位面积的功率。
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②Irradiance是单位面积的功率,因此Radiance可以理解成单位立体角的Irradiance;Intensity是单位立体角的功率,因此Radiance可以理解成单位面积的Intensity。
(3)Irradiance和Radiance的关系
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①以半球为例子,Irradiance是单位面积从半球的各个方向接收能量,而Radiance是单位面积从单位立体角方向接收的能量。
②将Radiance对半球的各个方向进行积分,相当于收集半球各个方向的能量,也就是Irradiance。

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

(1)反射即为单位面积dA接收了从wi方向来的功率为E的光线,然后将这些能量反射到各个方向去。
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(2)BRDF给出了从有多少光会被某个入射角度反射到不同的出射角度的关系。
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①BRDF给出了光线和不同的材质的作用。
(3)反射方程(Reflection Equation)
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①将各个入射角度wi反射到出射角wr的能量累加起来,就可以得到出射角wr所看到的结果。
②反射方程是递归的。
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③这是因为光线可能会发生多次弹射,所以接收到的光可能不仅仅是初始的光源所提供的,有可能还有其他点反射出的光线。
(4)渲染方程(Rendering Equation)
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①重写反射方程,修改为自身发射出去的能量+通过光源或者其他位置反射接收到的能量。
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②如果有多个光源,则将它们都累加起来即可。
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③对于从其他物体反射出来被接受到的能量,只需要计算它们反射出来被该点接受的能量即可,也就是说把它们也当成光源看待。但这些能量是未知的(也就是前面提到的反射方程递归)。
(5)数学公式简化(过程有点难以理解,只给出最终的结果)
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①接受到的光线=光源的能量+光源经过一次反射的能量+光源经过二次反射的能量+…
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②光栅化通常只能做到前两项(光源的能量+光源经过一次反射的能量)。
③下面是光线发生不同弹射次数的视觉效果。可以看到随着弹射次数增多,场景会越来越亮,但最终趋近于一个亮度。
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三、基础概率论知识

(1)随机变量和概率
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①随机变量是指潜在值的分布。
②所有的概率都大于等于0,且概率之和为1。
(2)数学期望
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①数学期望是试验中每次可能结果的概率乘以其结果的总和。
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②如果随机变量是一组连续的值,则对其进行积分即可。
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③我们也可以计算随机变量X服从某个函数关系时的数学期望。

参考文献

课程视频链接: GAMES101 Lecture15 Ray Tracing 3

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