菲涅耳效应的正确思考

Question

我使用Schlick近似来计算菲涅耳效应的数值，我发现了这里。

当我试图找到公式的角情形时，当法向和观察方向的夹角为90°和0,02为0°时，得到1的值(我使用IOR 1和1.33)。这意味着，例如，当观察一个球体时，它的边缘会反射几乎所有的光，而它的中心只反射2%的光。

但当我试图在BRDF的microfacet模型中使用它时，他对我来说是没有意义的。

这意味着，当直接从上面看到表面反射率将只有2%，这是不切实际的低。98%的能量会被表面吸收。因此，在3次反弹后，光线的传输将不到光的0,0008%。这将使图像变暗，我将不得不大量地增加它发出的光。

我是不是在想这件事？

我的第二个想法是，它意味着多少光作为一个完美的反射被直接反射，而不被分散到其他方向上。其余的用于漫反射/光滑反射。但我在任何地方都找不到证据。

或者，在处理非透明材料时，我不需要简单地使用菲涅耳。

更新：

这是我现在的密码。

//Position of intersection is world space
float3 hitpoint = ray.origin + ray.direction * ray.distance;

//Direction towards camera
float3 wo = -ray.direction;

//Geometry normal
float3 N = ray.worldNormal;

//Microfacet normal
float3 H = SampleMicrofacetNormal(roughness, &N, &ray);

//New direction of ray
float3 wi;      

// Add light emitted from surface
ray.color += ray.mask * emission;

float F = Fresnel(&H, &wi);

float r1 = new_random(&ray.seed1);

if (r1 <= F) {
    //Specular

    //Reflected direction
    float3 wi = reflect(&H, &wo);    

    float D = D_ggx(roughness, &N, &H);
    float G = G_CookTorrance(roughness, &N, &H, &wo, &wi);

    float weight = fabs(dot(wo, H)) / fabs(dot(N, wo) * dot(N, H));

    //Not using F because it is already taken into a count by 
    //the probability of this IF/ELSE statement
    float reflectance = G * weight;

    ray.mask *= reflectance;

    //Check - new direction cannot point towards surface
    if (dot(wi, N) < 0) ray.mask = (float3)(0.0, 0.0, 0.0);
}
else {
    //Diffuse
    //Ray change color because light to through the material
    ray.mask *= color;

    //New random direction of diffuse ray
    wi = SampleDiffuseCosineWeighted(&N, &ray);

    //Importance sampling weight    
    ray.mask *= dot(wi, N);
}

//Set new direction and position for next tracing
ray.direction = wi;
ray.origin = hitpoint + N * EPSILON;

Answer 1

如果你只执行菲涅耳，你就会发现，你在最初的问题中的想法主要是对介电材料正确的。

然而，不要事先计算菲涅耳，然后随机决定是评估你的镜面成分还是你的漫射成分。作为BRDF的一部分，你必须在评估BRDF的同时积累菲涅耳项，最后才能为漫射部分做1-Facc。如果你是在一个纯粹的随机路径，那么你直接这样做，同时评估你的微面。这被称为“粗糙菲涅尔”，这是所有现代渲染引擎使用的模型。

为了获得更好的菲涅耳公式，得到了完整的菲涅耳公式(金属复菲涅耳公式)。对于更友好的Fresnel，您可以实现“菲涅耳按颜色”(现在我不记得确切的名称了，稍后我会添加它)，所以输入数字，您可以输入F0和F1的颜色。这就是最新的Renderman的做法。最后，在菲涅耳和ComplexFresnel之间添加一个“金属度”参数。

例如，一些用于检查的代码(BRDF示例fnc)：

Answer 2

我将根据我对菲涅耳模型的经验来回答。由于基尔霍夫热辐射定律，在不透明材料中，发射率加反射率加吸收系数在热平衡的各个方向等于1。如果您使用的BRDF模型是基于物理的，那么它应该保持节能。这意味着，对于给定的视角，整个半球的方程积分应该等于1。可能在正常值附近的反射率值很低，但这意味着它的大部分贡献在其他地方。例如，对于接近正常的观看方向，你可以有一个非常低的镜面反射率，但一个更高的漫射成分。这可能是你的模型的情况。

Answer 3

对

模型的大更新和解释

当我清理我的浏览器并关闭大约100个标签时，我发现了这个很棒的网站 (它在那里3天了，所以我已经找到了一个答案……)终于让我明白了一切。

问题根本不在菲涅尔。事实上，在大多数时间里，您使用的IOR并不重要。菲涅尔说有多少光作为镜面砖的一部分被反射。这里重要的是“镜面”这个词。这意味着当光线击中表面时，光线就会反射出来，而不会穿过。其余的光线没有被折射，做这些事情之一:被吸收或折射(就像在玻璃中)，或者分散在周围，然后作为漫射光返回到表面。扩散成分在我的路径追踪器中丢失了。我以为镜面BRDF会把漫射光带入计数，但它没有。

在这里，我将总结如何使用微面反射BRDF和漫反射BRDF作为递归路径跟踪器，在这里，一次只能容纳一个像素的一条射线。

1. 与几何相交
2. 计算菲涅耳
3. 在0到1范围内生成随机数
4. 如果菲涅耳数较小或等于菲涅耳，则根据微面法线分布函数，利用镜面BRDF计算新方向，并进行计算。
5. 如果数字大于菲涅耳，那么使用简单的余弦加权漫反射或做折射，这取决于你。

使用BRDF的两个组件是很重要的。不幸的是，当您搜索microfacet时，他们通常希望您知道它只是用于镜面部分。

我希望这对一些初学者有帮助，因为对我来说这是一场很大的斗争。

最初的答案--其中的一部分是错误的。有关解释，请参阅上面的更新.

。

好的，经过一些搜索，我可能找到了一个原因，为什么在微面模型中使用菲涅耳是完全可以的。

我的问题是，当从0°的角度看时，反射率很低，正如我说的，我用IOR 1作为空气，用1.33表示物体。这是个大错误。

当您创建IOR = 1.33的Schlick近似图时，下限为0.02。但这只适用于IOR为1.33的材料，如玻璃。当我看这个页面，它显示不同材料的IOR，你找到一个3D艺术家的部分，你可以看到金属的IOR是3.17。把它插入方程中，你的下限是0.27。那是十倍多！

更有趣的是，当你向下滚动时，你可以找到“反射计算”。这输出反射率的函数(使用非偏振光)，我需要.这是相当奇怪的，Schlick近似结果几乎完全相同的功能，在网站上的玻璃，但当我使用IOR = 3.17的铁，它是很遥远的。网站的最小反射率应该是0.7688。

这意味着，我唯一要做的就是为F分量找到一个更精确的函数(停止使用Schick近似)，并使用材料的实IOR。简单地说，“墙大部分时间都不是水”

如果我错了请告诉我..。再来一次。

更新：

我找到了这个页面。它解释了你需要知道的关于菲涅耳效应的一切。最重要的是，它同时关心电介质和金属。

以下是一个简化的版本：

每次使用Schlick近似，但不要计算F0 = (n1-n2)/(n1+n2)^2，而是使用自己的值。如果你想要精确的反射，那么看看网站，对于F0，选择0°的反射率。这是一种基线。这对介电(IOR高达1.5)并不重要，因为基态Schlick近似是有效的，所以请自由使用上面的方程。

小心金属材料。菲涅耳效应取决于光的波长，因此R，G的值不同。