Speküler BRDF (Çift Yönlü Yansıma Dağılım Fonksiyonu) eğitim videosu – Arnold for 3ds Max

Bu eğitimde, standard_surface gölgelendiricisinde bulunan çeşitli Speküler ayarları incelenmektedir .

BRDF #

Çift yönlü yansıma dağılım fonksiyonu (BRDF), bir yüzeyin yansıma özelliklerini, yüzey normaline göre bir yönden gelen ışınımın diğer yöne ne kadarının yansıdığını belirterek tanımlar.

Fiziksel olarak makul bir BRDF’nin temel özellikleri, gelen ve yansıyan yönler arasındaki simetri (Helmholtz karşılıklılığı) ve belirli bir gelen ışınım yönü için toplam yansıyan gücün, gelen ışığın enerjisinden az veya ona eşit olmasıdır ( enerji korunumu ).

Bir yüzeye çarpan ışık ışınına Gelen Işın, çarpma açısına ise Gelen Açı denir (aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi). Geri yansıyan ışık enerjisi, yüzeye gelen ışık enerjisinden az veya ona eşit olmalıdır (ışığı “toplayamayız”). Yüzeyde, ışın ya yansır ya da kırılır ve sonunda her iki ortam tarafından da emilebilir.

Normal Noktada Yansıma #

Fresnel etkisi, ilk kez tanımlayan Fransız fizikçi Augustin-Jean Fresnel’in adını almıştır. Bu etki, bir yüzeydeki yansımaların şiddetinin bakış açısına bağlı olduğunu belirtir . Yüzeylere eğik bir açıdan bakıldığında yansıma miktarı artar.

Standard_surface gölgelendiricisinde specular_ior değeri 1’den büyük olduğunda , nesnenin yansıtma özelliği görüş açısına bağlı olacak ve Fresnel denklemlerine göre değişecektir. Standard_surface gölgelendiricisi, Fresnel denklemlerinin Schlick yaklaşımını kullanır ve malzemenin IOR değeri kullanılarak kontrol edilebilir. Düşük değerlerde, malzeme plastik gibi mükemmel bir dielektrik gibi davranır. Daha yüksek değerlerde ise malzeme neredeyse mükemmel bir iletken veya metalik bir yüzey haline gelir.

Fresnel yansıması, cam ve su gibi en yaygın örnekler de dahil olmak üzere, tüm malzemelerde bir şekilde mevcuttur. Aşağıdaki örnek, ahşap bir masa üzerindeki fresnel etkisini göstermektedir. Kameranın görüş açısı daraldıkça masadaki yansımanın nasıl daha parlak göründüğüne dikkat edin.

|

_{Yansıma BRDF’sinin görüş yönüne göre değişimi}

Aşağıdaki örnekte, küpün üzerine IOR kullanılarak standard_surface gölgelendiricisi atanmıştır. Fresnel etkisi görülebilir. Kameranın görüş açısı daraldıkça parlak yansıma daha canlı görünür.

Mikro Yüzeyler #

Cook-Torrance, Mikro-yüzey Modellerine dayanan bir mikro-yüzey BRDF’sidir (örneğin, Walter, Marschner, Li ve Torrance’ın “Pürüzlü Yüzeylerden Kırılma için Mikro-yüzey Modelleri” adlı çalışmasına bakınız, Eurographics 2007).

Bu modeller, yüzeylerin mükemmel derecede pürüzsüz olmadığını ve her biri mükemmel bir yansıtıcı olan çok sayıda küçük yüzeyden oluştuğunu varsayar.

Bu mikro yüzeylerin normalleri, yaklaşık pürüzsüz yüzeyin normali etrafında dağılmıştır. Mikro yüzey normallerinin pürüzsüz yüzey normalinden ne kadar farklı olduğu, yüzeyin pürüzlülüğü tarafından belirlenir.

Aşağıdaki animasyonlar, yüzey pürüzlülüğünün yansımaları nasıl etkileyebileceğini göstermektedir.

Aşağıdaki örneklerde, yüzey “engebeli” veya “pürüzlü” hale geldiğinde yansımanın uzadığını görebilirsiniz.

Anizotropi ve Pürüzlülük #

Anizotropik bir malzemeye örnek olarak asfalt beton verilebilir. Bu etki, ıslak bir yolun yüzeyinde belirgindir. Islak yüzeyin dağınık olarak daha koyu ve yansıtıcı olarak daha parlak göründüğüne dikkat edin. Yüzeyden uzakta olduğunuzda, uzamış anizotropik yansıma yerde daha belirgindir. Ancak, yaklaştıkça, görüş açısındaki değişiklik nedeniyle uzamış yansıma küçülür. Anizotropik parlaklık boyutu, görüş açısına bağlıdır.

_{Kuru, dağınık yol yüzeyi ile ıslak, anizotropik yol yüzeyi karşılaştırması.}

Aşağıdaki örnek animasyonlar, anizotropi (0, 0.5, 1) kullanıldığında specular_roughness’ın etkisini göstermektedir . Etkiyi göstermek için pürüzlülük değerleri 0’dan 1’e kadar animasyonlandırılmıştır.

Anizotropi Örneği #

Aşağıdaki görseller, zemin yüzeyinde anizotropi ile ve anizotropi olmadan yapılan render işlemleri arasındaki farkı göstermektedir. Her iki shader’da da specular_roughness değeri 0.2 olarak ayarlanmıştır.