Podręcznik Grafika komputerowa i wizualizacja
Rozdział 11. MODELOWANIE OŚWIETLENIA
11.5 Odbicie a przenikanie i załamanie światła. BRDF, BTDF, BSSRDF, BSDF
W rozdziale 11.4 zostały zaprezentowane wybrane przykłady funkcji BRDF, związane z wybranymi modelami opisu odbicia światła od powierzchni materiału. Ale odbicie światła jest tylko jednym ze zjawisk jakie zachodzi gdy światło pada na powierzchnię materiału. Z drugiej strony analiza drogi promienia po napotkaniu powierzchni przedmiotu pokazuje drogę promienia odbitego i załamanego (jeśli takie zjawisko zachodzi). Jeśli rozpatrzymy te zjawiska jako teoretyczne – idealnie kierunkowe, to wyznaczenie odpowiedniego wektora dla odbicia lub załamania nie jest zadaniem trudnym. Zgodnie z prawem odbicia: kąt padania jest równy kątowi odbicia i jednocześnie oba wektory (określające kierunek padania światła i odbicia) oraz wektor normalny są w jednej płaszczyźnie. Analogiczna analiza dla zjawiska załamania światła prowadzi do równie prostego wyznaczenia odpowiednich wektorów. Również i w tym przypadku wektory określające kierunek padania światła i załamania oraz wektor normalny są w jednej płaszczyźnie. Jedyną różnicą przy wyznaczeniu kąta załamania światła jest konieczność uwzględnienia współczynnika załamania zgodnie z prawem załamania światła (Snella-Descartes’a). Do opisu załamania rzeczywistego tak jak przy odbiciu rzeczywistym stosuje się analogiczne modele obliczeniowe.
Z formalnego punktu widzenia w grafice komputerowej wyróżnia się kilka niezależnych opisów zjawisk jakie zachodzą kiedy promień światła pada na powierzchnię materiału:
- BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) – funkcja służąca do opisu odbicia światła od powierzchni materiału.
- BTDF (Bidirectional Transmittance Distribution Function) – funkcja służąca do opisu załamanie światła. Funkcja ta jest skonstruowana identycznie jak BRDF tzn jest to iloraz luminancji światła załamanego (przechodzącego przez materiał) i natężenia napromieniowania światła padającego na powierzchnię materiału.
- BSSRDF (Bidirectional Surface Scattering Reflectance Distribution Function) – rozszerzona funkcja BRDF. Jest to iloraz luminancji światła odbitego od powierzchni materiału i natężenia napromieniowania światła padającego. Ale w tym przypadku światło odbite obejmuje także światło, które odbiło się od wewnętrznych struktur/warstw materiału.
- BSDF (Bidirectional Scattering Distribution Function) – rozszerzona funkcja obejmująca odbicie i załamanie. Tzn. najczęściej BSDF = BRDF + BTDF.