Tại sao H (blinn) được sử dụng thay vì R (phong) trong bóng râm?

Tôi không thể tìm thấy một lý do tốt cho việc này ở bất cứ đâu. Các vectơ phản xạ được sử dụng trong phong có một cơ sở đơn giản trong vật lý. Nhưng một nửa vectơ được sử dụng trong blinn dường như không có cơ sở hợp lý, và không tạo thành một sự phản ánh đúng đắn. Tuy nhiên, nó được sử dụng trong mọi chức năng tạo bóng được gọi là "dựa trên vật lý". Nếu có một cơ sở vật lý tốt cho nó, tôi muốn biết.

Những gì tôi có thể tìm thấy là một vài lý do:

Nó nhanh hơn - có thông tin lẫn lộn về điều này, nhưng ngay cả như vậy nó sẽ là một lý do tuyệt vời ... trong năm 1998.

Nó xử lý các góc cao hơn 90 độ tốt hơn - theo như tôi có thể nói lý do duy nhất cho việc này là vì thuật ngữ phong đã được sử dụng không đúng cách. Sản phẩm chấm của sự phản chiếu và khung nhìn cho một góc giữa -1 và +1. Thông thường góc này được kẹp thành 0 đến 1, đây là nguyên nhân trực tiếp của vấn đề 90 độ. Bình thường hóa góc thay vì kẹp nó và bạn có được phạm vi bảo hiểm 180 độ đầy đủ. Tôi từ chối tin rằng một thao tác x * 0,5 + 0,5 đơn giản đã lảng tránh thế giới đồ họa trong 40 năm.

nó xử lý các cạnh tốt hơn - "Vấn đề" cạnh cũng tồn tại trong giải pháp blinn, chỉ ở mức độ thấp hơn. Nguyên nhân chính là mô phỏng không chính xác ánh sáng khu vực tại điểm cuối, điều này rất cần thiết cho bất kỳ trình tạo bóng "dựa trên vật lý" nào. Nhưng ngay cả trong những tình huống đơn giản hơn, một hàm sigmoid có thể xấp xỉ một dòng terminator mềm một cách chính xác. Nhân vào một thuật ngữ lambert là không chính xác vì nó làm giảm thuật ngữ cụ thể không đúng, điều này có thể hủy bỏ một thuật ngữ fresnel và dẫn đến các lỗi tiếp theo.

Nó có các phản xạ dài ở rìa - Dường như với tôi rằng trong khi các phản xạ dị hướng có thể là hiện thực, thì blinn không phải là cách chính xác để thực hiện chúng, vì chúng chỉ xuất hiện ở rìa. Nó chỉ đơn thuần là một sự trùng hợp vui vẻ khi một lỗi trong thuật ngữ H xảy ra trông có vẻ thực tế.

Không có lý do nào trong số này là thỏa đáng, tôi muốn loại bỏ sự điên rồ này.

Tôi muốn làm rõ rằng tôi không nói cụ thể về blinn và phong , mà thay vào đó là về các thành phần vectơ H và R, được sử dụng làm cơ sở cho các shader này cũng như các shader khác.

Đối với bề mặt phản chiếu hoàn hảo Phong mô hình có ý nghĩa. Tuy nhiên, n trong (RV) ^ n của Phong-model cho xấp xỉ các bề mặt cứng hơn đến từ đâu? Đâu là lý thuyết mà bạn phải nâng kết quả của sản phẩm chấm lên sức mạnh ngoại trừ việc nó chỉ xuất hiện để đưa ra kết quả phù hợp theo kinh nghiệm?

Đối với mô hình Blinn, có lý thuyết microfacet dựa trên vật lý để hỗ trợ tất cả các thành phần trong phương trình và cũng có bằng chứng thực nghiệm cho thấy mô hình gần đúng với bề mặt thế giới thực hơn (mặc dù không hoàn hảo). Nửa vectơ trong mô hình Blinn được sử dụng làm đầu vào cho hàm phân phối bình thường (NDF), đây là một phép tính gần đúng về cách các microfacet được phân phối về bề mặt bình thường như chức năng của độ nhám bề mặt. Tức là khi vectơ H chỉ vào hướng bình thường, giá trị là cao nhất vì hầu hết các microfacet đều chỉ theo hướng đó và xác suất giảm theo khi góc giữa vectơ bình thường và vectơ H tăng lên.

Mặc dù vậy, mô hình Blinn không hoàn hảo bằng bất kỳ phương tiện nào và ví dụ, nó không tính đến thuật ngữ hình học của mô hình microfacet (ví dụ như che bóng và che giấu các microfacet có tầm quan trọng tăng lên trong góc chăn thả).

Trên thực tế, tôi nghĩ rằng chính bạn đã liệt kê các lý do tại sao Blinn là mặc định hơn Phong.

Trên thực tế, mỗi lý do bạn liệt kê là một khu vực nơi Blinn tỏ ra vượt trội so với Phong.

Nhìn chung, tất cả những điều này dẫn đến Blinn là một mặc định tốt hơn Phong.

Blinn có hoàn hảo không? Có tốt hơn Phong không?

Không.

Nhưng nó là một mặc định hợp lý. Hãy thoải mái thay Phong cho Blinn trong bất kỳ trình kết xuất / đổ bóng nào bạn viết.

Tôi đã phát hiện ra lý do cho vectơ H được sử dụng. Thật không may, nó không phải là cách nó được sử dụng trong hầu hết các mô hình tô bóng, sau đó có thể được kết luận là không chính xác.

Đối với ánh sáng vật lý dựa trên ánh sáng phản xạ phải tuân theo các phương trình fresnel. (Hầu hết các shader "dựa trên vật lý" không) Các micrô cũng phải tuân theo các phương trình fresnel, dựa trên góc tới của ánh sáng cũng như chỉ số khúc xạ của giao diện để tạo ra kết quả chính xác.

Theo định luật phản xạ góc tới phải được nhân đôi với góc phản xạ dọc theo bề mặt bình thường. Để một tia sáng chiếu vào máy ảnh - mà chúng ta biết nó đã làm - nó phải được phản chiếu từ ánh sáng - mà chúng ta biết hướng của. Do đó, bề mặt bình thường phải bằng cách suy ra là trục gương cho hai hướng này. Điều này cho chúng ta một nửa vectơ H nằm giữa chúng. Tính bằng cách chuẩn hóa tổng của cả hai.

Bây giờ bằng cách tính góc giữa hướng sáng L và nửa vectơ H, chúng ta thu được góc tới đối với sự phản xạ đặc trưng của microfacet và có thể làm giảm chính xác nó bằng thuật ngữ fresnel.

Lưu ý rằng hướng xem bằng R cho microfacet đó, H không phải là thuật ngữ phản chiếu. Blinn, Cook, Torrance và Sparrow có thể hút nó. Phong và Fresnel đã đúng.