Graphics - 微表面理论

一些图形学的概念介绍，个人摘抄或整理，作为个人文章的词条引用；

微表面理论（Microfacet Theory）：

微表面理论认为我们看到的表面上的一点是由很多朝向各异且光学平的微小表面组成。当光线从L方向照射到这点，而我们在v方向观察时，由于光学平面只会将光线L反射到关于法线对称的v方向，而L和v已经确定，所以只有法线朝向正好是L和v的半角向量h的微表面才会将光线发射到v方向（如下图），从而被我们看见；

光与非光学平坦表面的交互对理解微表面理论（Microfacet Theory）至关重要；

光与非光学平坦表面的交互原理：光在与非光学平坦表面（Non-Optically-Flat Surfaces）的交互时，非光学平坦表面表现得像一个微小的光学平面表面的大集合；表面上的每个点都会以略微不同的方向对入射光反射，而最终的表面外观是许多具有不同表面取向的点的聚合结果；

在微观尺度上，表面越粗糙，反射越模糊，因为表面取向与整个宏观表面取向的偏离更强：

图片顶部所示的表面，表面相对光滑；表面取向仅略有变化，导致反射光方向的微小变化，从而产生更清晰的反射； 图片底部所示的的表面较粗糙；表面上的不同点具有广泛变化的方向取向，导致反射光方向的高度变化，并因此导致模糊的反射；注意，两个表面在肉眼可见尺度下看起来都是光滑的，粗糙度差异仅在微观尺度上；

出于着色的目的，我们通常会去用统计方法处理这种微观几何现象，并将表面视为在每个点处在多个方向上反射（和折射）光：

从表面反射出的光的行为很好理解，那么，从表面折射的光会发生什么变化？ 这取决于对象本身的特性：

• 对于金属，折射光会立刻被吸收 - 能量被自由电子立即吸收；
• 对于非金属（也称为电介质或绝缘体），一旦光在其内部折射，就表现为常规的参与介质，表现出吸收和散射两种行为；

漫反射和次表面散射本质相同：

另外，漫反射和次表面散射其实是相同物理现象，本质都是折射光的次表面散射的结果；唯一的区别是相对于观察尺度的散射距离；散射距离相较于像素来说微不足道，次表面散射便可以近似为漫反射；也就是说，光的折射现象，建模为漫反射还是次表面散射，取决于观察的尺度，如下图：

最后

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