在过去物理的学习中,我们了解到了光照的能量计算。而在现代渲染中,这些原理提供了强大的理论基础,能够更加真实地模拟显示光照。
基本概念
首先我们需要了解的概念:辐射能(Radiant energy)Q:电磁辐射(electromagnetic radiation)的能量,单位是焦耳
辐射通量(Radiant flux)或功率(power):单位时间释放、反射、投射或者接受的能量。单位为或
立体角(Solid Angle,即平面角在三维空间的延伸)
辐射强度(Radiant Intensity):单位立体角由点光源发出的功率
微分立体角:
球面的微分立体角:
在各项同性点光源中,整个球面的辐射通量:,辐射强度:
辐照度(Irradiance)E:辐照度是每(垂直/投影)单位面积入射到一个表面上一点的辐射通量(功率)。单位:lux,照度(勒克斯)
兰伯特余弦定律(Lambert’s Cosine Law):表面辐照度与光方向和表面法线夹角的余弦值成正比
辐照度衰减(Irradiance Falloff):(表面积之比)我们这里类比引力的计算,和距离的平方成反比
辐射(Radiance):描述光在环境中的分布的基本场量,又称亮度(luminance)L:是指在每单位立体角、每单位投影面积上所发射(emitted)、反射(reflected)、透射(transmitted)或接收(received)的辐射通量(功率)。
入射辐射(Incident Radiance):指到达表面的单位立体角的辐照度。即它是沿着给定光线到达表面的光(入射方向指向表面)
出射辐射(Exiting Radiance):离开表面的单位投影面积的辐射强度。例如:对于面光(area light),它是沿着给定光线发射的光(出射方向指向表面)
### 辐照度(Irradiance) 与辐射(Radiance)的区别
辐照度:在面积dA的总辐射通量
辐射:在面积dA、方向dω 上的辐射通量
结合渲染方程
在ray tracing中我们用到的渲染方程中的项便是由入射辐射和出射辐射微分之比而来,用于计算出有从入射到出射有多少辐射进入我们的Camera中。
最后我们再把所有的辐射积分起来。由此我们得到了最后的渲染方程,该方程在物理层面上模拟了光照的辐射,因此得到了较为真实的结果。
## 参考资料
本文主要是对课程《games101》第15课的学习,感兴趣的同学可以在B站直接搜索观看,下附课程主页传送门(https://sites.cs.ucsb.edu/~lingqi/teaching/games101.html)