☁️ PBR
= 빛의 물리적인 특성과 메테리얼의 물리적인 특성을 렌더링해준다.
= 3d와 video를 굉장히 현실적으로 만들어주는 렌더링 기술
- PBR의 핵심 : BRDF, energy conservation(E보존법칙)
🔎 Phong lighting vs PBR
- Phong : 고전적인 방식 / ex) diffuse - 난반사한다.. 어쩌구.. 대충 잘 동작하게 만듦
reflected light이 cosine 함수로 적당히 버무려진다. - PBR : 물리적 특성을 고려. light interaction도 고려. material마다 고려
🔎 BRDF
- 수학적인 함수이다. microfacet model(미소입자평면)을 사용한다.
- phong에서는 빛이 들어오면 normal하나만 고려했다.
- microfacet model : light와 material 사이 관계를 설명해준다.
- microfacet을 사용하면 나머지 조밀한 면까지 고려해서 반사시킨다 -> 더욱 사실적인 렌더링
🔎 Energy Conservation
PBR은 incoming light의 E를 계산해서 처리후의 E가 보존되도록 계산해준다.
☁️ BRDF
= opaque surface(not metallic, nor transparent)에서의 반사 정의
- wi = incoming light
- wr = outgoing light
- n = surface normal
Photon-surface interaction
- Uniform diffuse contribution
entire hemisphere / 어떤 방향으로 photon이 들어올 때, uncorrelated(무작위)하게 방향을 바꿔준다- Specular contribution
거울에 반사된 것 처럼 / 같은 방향으로 오는 photon은 같은 방향으로 나간다.- Directional diffuse contribution
반구를 기준으로 반사가 되는데, 방향성을 가지고 뻗어나간다. correlated way
🔎 BRDF - Diffuse reflection
-
Lambertian diffuse model
isotropic(방향성 없이 전방향으로 균일하게) , Lambert’s cosine law를 따르며
대부분의 현실 물체에서 잘 동작하며 간단하다. -
Lambert’s cosine law
부채꼴의 넓이로 광자량을 정의 -> 밝기 고려
🔎 BRDF - Specular Reflection
= microfacet-based models 사용
= material 표면에서의 complex light interaction 때 사용
popular microfacet-based models
- Cook Torrance
- GGX
🔎 microfacet-based models
- Normal Distribution Term (D) = shape of the specular highlight
- Geometric Attenuation Term (G)
- Fresnel Term (F)
- L : light direction
- H : half vector
- V : view vector
1. D(N,H)
= 내가 half vector을 기준으로 빛이 어떻게 들어왔는지를 고려해서 반사될 애를 결정
2. G
= 그림자지지도 occuled 되지 않는 것의 비율이 어느정도인지를 파악
- Smith model을 사용
- Shadowing effect: this occurs when one facet blocks light.
- Masking effect: this occurs when one facet obscure the microfacets from the viewer’s perspective.
수식들의 디테일까지 설명할 필요는 없지망~
3. F
= 얼마나 많은 light가 surface로부터 reflection 될지
= Fresnel equation에 기반함
두개의 서로다른 매질이 있을 때 어떻게 통과 or 반사할 것이냐!
90도에서 들어오면 모두 반사 / 아니면 뭐.. 더 파고들고 우짜고
🔎 BRDF - Combining diffuse & specular
= E보존법칙도 지키고, 물리적으로 그럴듯한 결과를 낼 수 있다.
☁️ Energy Conservation
= first law of thermodynamics : 열역학 제1법칙
= 이론상 E의 loss는 있을 수 있지만
- White furnace test
- Hemisphere balance test
- Non-negative radiance test
☁️ PBR Challenges
🔎 Handling complex materials
= translucents, fabrics, anisotropic materials
- Translucent object
어느정도 통과 & 반사
잘 하려면 subsurface가 필요하다 - Fabrics
= Fabric은 짜임 구조와 microscale fibers로 인해 복잡한 빛 처리가 필요하다.
= 정확하게 렌더링하기 위해서는 빛과 micro-geometry of fibers 모델링하고, multiple scattering events, shadowing , masking between fibers 등을 고려해야 한다.
= 게다가 anisotropic reflections이 경우 렌더링이 더 복잡해진다.
- Anisotropic materials
= brushed metal or hair = 특이한 표면 미세 구조로 인해 빛이 입사 및 관찰 각도에 따라 다르게 동작
= 방향에 따라 다른 특성을 가진다. 어디서 보느냐에 따라 다른 결과. 빛의 반사 & 산란에 영향을 미친다.
= 일반적인 PBR로 표현하기 힘들기 때문에 model의 확장이 필요하다.
🔎 homogeneous participating media
ex) 안개
- 굉장히 작은 particle들로 이루어져있고 영역이 확실하지 않고 바뀐다.
- 정확한 각도와 interaction 지점을 찾기가 힘듦
-> 실시간으로 렌더링하기 어려움
🔎 Handling homogeneous participating media
- PBR을 빨리하기 위해서 approximation을 많이 함.
- 확률론을 많이 사용함. 연속된 surface에서 값의 차이가 많이 나면 noise가 생김.
- 해상도가 부족하거나, 고주파 feature가 포함되어있을 때, 간접광이 많을 때 이런 현상이 일어남.
☁️ 요약
PBR - 두가지가 main component
- BRDF : 입사각 반사각 노말로 구성
세가지 contribution이 연관되어있음
평면에 빛이 입사됐을 떄 어떻게 반사가 될지를 정의해줘야함.
아주작은 microfacet으로 이루어진 평면을 다룸 -> cook GGX
또 수학적으로 잘 뭉개줌..
어느정도로 반사?굴절?흡수? -> schliks apporox 사용
