Введение
Математическая функция Определение BSDF (двунаправленная функция распределения рассеяния) не является хорошо стандартизированным. Термин был, вероятно, введен в 1980 году Бартеллом, Дерениаком и Вольфом. Чаще всего используется для обозначения общей математической функции, которая описывает способ, которым свет рассеивается по поверхности. Однако на практике это явление обычно разделяется на отраженную и передаваемую составляющие, которые затем рассматриваются отдельно как BRDF (двунаправленная функция распределения отражения) и BTDF (двунаправленная функция распределения пропускания). BSDF является супермножеством и обобщением BRDF и BTDF. Концепцию всех функций BxDF можно описать как черный ящик с входами, представляющими собой любые два угла, один для входящего (встречающегося) луча, а второй - для исходящего (отражаемого или передаваемого) луча в данной точке поверхности. Выход этого черного ящика - это значение, определяющее соотношение между входящей и исходящей световой энергией для данной пары углов. Содержание черного ящика может быть математической формулой, которая более или менее точно пытается моделировать и приблизить фактическое поведение поверхности или алгоритм, который производит выход на основе дискретных образцов измеренных данных. Это означает, что функция имеет 4 (((+1) измерения (4 значения для 2 3D углов + 1 дополнительный для длины волны света), что означает, что она не может быть просто представлена 2D и даже 3D графиком. Каждый 2D или 3D график, иногда встречающийся в литературе, показывает только часть функции. Некоторые склонны использовать термин BSDF просто как название категории, охватывающей все семейство функций BxDF. Термин BSDF иногда используется в несколько ином контексте, для функции, описывающей количество рассеивания (не рассеянного света), просто как функция угла падающего света. Пример, иллюстрирующий этот контекст: для совершенно ламбертовской поверхности BSDF (угол) = const. Этот подход используется, например, для проверки качества продукции производителями глянцевых поверхностей. Другое недавнее использование термина BSDF можно увидеть в некоторых 3D-пакетах, когда поставщики используют его в качестве "умной" категории, чтобы охватить простые хорошо известные алгоритмы CG, такие как Phong, BlinnPhong и т. Д. Приобретение BSDF над человеческим лицом в 2000 году Debevec et al. был одним из последних ключевых прорывов на пути к полностью виртуальной кинематографии с его ультра фотореалистичным цифровым видом. Команда была первой в мире, кто изолировал компонент подповерхностного рассеяния (специализированный случай BTDF) с использованием простейшей световой ступени, состоящей из подвижного источника света, подвижной цифровой камеры высокого разрешения, 2 поляризатора в нескольких позициях и действительно простых алгоритмов на скромном компьютере.
The definition of the BSDF (bidirectional scattering distribution function) is not well standardized. The term was probably introduced in 1980 by Bartell, Dereniak, and Wolfe. Most often it is used to name the general mathematical function which describes the way in which the light is scattered by a surface. However, in practice, this phenomenon is usually split into the reflected and transmitted components, which are then treated separately as BRDF (bidirectional reflectance distribution function) and BTDF (bidirectional transmittance distribution function). BSDF is a superset and the generalization of the BRDF and BTDF. The concept behind all BxDF functions could be described as a black box with the inputs being any two angles, one for incoming (incident) ray and the second one for the outgoing (reflected or transmitted) ray at a given point of the surface. The output of this black box is the value defining the ratio between the incoming and the outgoing light energy for the given couple of angles. The content of the black box may be a mathematical formula which more or less accurately tries to model and approximate the actual surface behavior or an algorithm which produces the output based on discrete samples of measured data. This implies that the function is 4(+1) dimensional (4 values for 2 3D angles + 1 optional for wavelength of the light), which means that it cannot be simply represented by 2D and not even by a 3D graph. Each 2D or 3D graph, sometimes seen in the literature, shows only a slice of the function. Some tend to use the term BSDF simply as a category name covering the whole family of BxDF functions. The term BSDF is sometimes used in a slightly different context, for the function describing the amount of the scatter (not scattered light), simply as a function of the incident light angle. An example to illustrate this context: for perfectly lambertian surface the BSDF (angle)=const. This approach is used for instance to verify the output quality by the manufacturers of the glossy surfaces. Another recent usage of the term BSDF can be seen in some 3D packages, when vendors use it as a 'smart' category to encompass the simple well known cg algorithms like Phong, Blinn–Phong etc. Acquisition of the BSDF over the human face in 2000 by Debevec et al. was one of the last key breakthroughs on the way to fully virtual cinematography with its ultra photorealistic digital look alikes. The team was the first in the world to isolate the subsurface scattering component (a specialized case of BTDF) using the simplest light stage, consisting on moveable light source, moveable high res digital camera, 2 polarizers in a few positions and really simple algorithms on a modest computer.
Обзор функций BxDF
BRDF (Bidirectional reflectance distribution function) - упрощенная функция BSSRDF, предполагающая, что свет входит и выходит в одной точке (см. изображение справа). BTDF (Bidirectional transmittance distribution function) описывает связь между исходящим излучением и падающим потоком, включая такие явления, как подповерхностное рассеяние (SSS). BSSRDF описывает, как свет переносится между любыми двумя лучами, которые попадают на поверхность. BSSTDF (Bidirectional scattering surface transmittance distribution function) похож на BTDF, но с подповерхностным рассеянием. BSSDF (Bidirectional scattering surface distribution function) определяется в совокупности BSSTDF и BSSRDF. Также известный как BSDF (Bidirectional scattering distribution function) (двунаправленная функция рассеивания).