Reflexionsmodelle, BRDF

• Rechnung im Pixel-Shader: weiter im alten Skript
• Simple Reflexionsmodelle (auch: Beleuchtungsmodelle)
• Lambert-Reflexionsmodell
• perfekt diffus, Abstrahlung gleichmäßig in alle Richtungen
• Pixelfarbe = Grundfarbe mal (Normalenvektor*Einheitsvektor zum Licht), wenn das nicht negativ ist
• Abwandlung: Pixelfarbe = Grundfarbe mal Funktion(Normalenvektor*Einheitsvektor zum Licht) z.B. für harten Übergang (Planeten!) oder Beleuchtung, die etwas auf die Rückseite überstrahlt (Simulation von Subsurface Scattering: Haut, Alabaster, Milch, ...)
• Phong-Reflexionsmodell
• Summe aus Lambert (diffuse reflection) und Glanzlicht (specular reflection)
• In der Summe kann nicht "mehr als Weiß" herauskommen: Die Grafikkarte schneidet Farbwerte automatisch nach oben ab (Clamping).
• Glanzlicht = Glanzlichtfarbe mal ((Normalenvektor*Halbvektor) hoch Glanz), damit die Reflexion in die Richtung Einfallswinkel = Ausfallswinkel konzentriert ist.
• Halbvektor := Einheitsvektor in die Richtung: (Einheitsvektor zum Licht plus Einheitsvektor zum Betrachter)
• Abwandlung: nicht einfach potenzieren, sonderen komplexere Funktion wählen.
• Schräge Anwendung von Texturen: Pixelfarbe = 2D-Textur an den Koordinaten (Normalenvektor*Einheitsvektor zum Licht, Normalenvektor*Halbvektor); dadurch Aussehen weit steuerbar -- mit einem gemalten Bild.
• BRDF (Bi-Directional Reflection [oder Reflectance] Distribution Function)
• beschreibt Reflexionsstärke von Materialien vollständig als f(Einfallsrichtung, Ausfallsrichtung), eigentlich sogar als f(Einfallsrichtung, Ausfallsrichtung, Wellenlänge, Position) [siehe BTF, SBRDF]
• kann (aufwendig) gemessen werden: mehr als bloß ein Modell
• kann auf diverse Arten genähert werden, nicht nur simpel mit Lambert und Phong
• derzeit experimentelle Umsetzung auf Grafikkarten
• noch nicht in großem Stil in 3D-Designsoftware eingesetzt
• Bump-Mapping auf der Grafikkarte
• siehe Demo-.fx
• im Pixel-Shader den Normalenvektor kippen und den gekippten Vektor zur Beleuchtungsberechnung einsetzen, gerne auch zur Reflexion einer Environment Map
• Gebe jedem Vertex ein "Dreibein" mit: Normalenvektor, Tangentialvektor, Binormalvektor. Drücke die gekippte Normale als Überlagerung dieser drei Vektoren mit passenden Anteilen aus. Speichere die drei Anteile als Textur: "Normal-Map". Die Anteile liegen jeweils zwischen -1 und 1. Damit das in eine Farbtextur passt (Wertebereich 0...1), addiert man 1 und teilt durch 2. Das muss beim Auslesen der Textur wieder rückgängig gemacht werden.
• Eine Normal-Map (Richtungen der Normalen kodiert als RGB) ist keine Bump-Map (Höhenkarte in Graustufen), aber kann daraus gewonnen werden.