计算机图形学入门25：BRDF的测量

1.前言

       BRDF(双向反射分布函数)可以用各种各样的材质去描述，但是这只是一种基于物理的描述或者近似，那什么是真正的BRDF？只有测出来的才是真正的。

        为什么要测出BRDF？因为之前所描述的BRDF并不准确。如下图所示，以菲涅尔项举例，三种不同材质实际测出来的值完全不一样，也就是说实际上菲涅尔现象非常复杂，不是简化公式可以描述的。

2.测量

2.1 测量原理

        BRDF就是两个方向的函数，一个入射方向和一个出射方向，只要得到所有可能入射和出射方向对的数据就能得到测试结果。

2.2 基于图像的BRDF测量

        如上图所示，找一个光源从各方向照射物体表面，再用一个相机从各方向去拍摄，这样就覆盖了BRDF所有可能的入射方向和出射方向对。

        如下图所示是一个测量仪器，叫做Gonioreflectomer。

        一般算法如下。

        这样得到了4维的BRDF，但是4维这个操作非常费时。比如相机固定一个方向，光源就要绕物体所有方向拍摄一遍，然后相加换一个方向，光源就又要重新绕物体所有方向拍摄一遍。

        下面可以做一些优化。

        1. 各向同性(Isotropic)表面将维度从4维降低到3维。各向同性的BRDF是只有3维的。

        2.可逆作用减少一半测量。BRDF的可逆性。

        3.智能光学系统。不用所有方向测量，可以猜测出来。

2.3 BRDF测量的表示

        BRDF测量出结果后需要表示出来或者说存储下来，需要涉及到大量的存储。就是各种各样测量的BRDF存储要求如下。

        1.紧凑的表示。

        2.测量数据的精确表示。

        3.对任意方向对的高效评估。

        4.可用于重要抽样的良好分布。

        MERL BRDF Database是BRDF的一个库，测量了很多不同的材质。