Surface scattering models

~作成中~

Surface scattering models (表面拡散モデル) では、シーン内のサーフェスに相互作用する光の挙動を記述しています。
それらは、マテリアル内で起こるメゾスコピック散乱プロセスを見えるようにするために便宜的に要約しています。
これは、Mitsuba のマテリアルシステムのある中心的なコンポーネントを記述しており、レンダラーの他の部分とそれ自身とがサーフェス相互作用の間で起こる事と関わりがあります。これに関する詳細は、Dipole SubsurfaceParticipating Media を参照してください。
ここでは、サポートされているすべての表面拡散モデルと、そのパラメータの概要を説明します。


表面拡散モデルの概略図

Mitsuba で最も重要な表面散乱モデルの概略図 (Weidlich と Wilkie のスタイルで表示 [Arbitrarily Layered Micro-Facet Surfaces])
矢印は、各モデルを適用したサーフェスの相互作用として起こりうる結果を示しています。

SSM_SmoothDiffuse.png
Smooth diffuse material
(diffuse)
SSM_RoughDiffuse.png
Rough diffuse material
(roughdiffuse)
SSM_SmoothDielectric.png
Smooth dielectric material
(dielectric)
SSM_RoughDielectric.png
Rough dielectric material
(roughdielectric)
SSM_SmoothConducting.png
Smooth conducting material
(conductor)
SSM_RoughConducting.png
Rough conducting material
(roughconductor)
SSM_SmoothPlastic.png
Smooth plastic material
(plastic)
SSM_RoughPlastic.png
Rough plastic material
(roughplastic)
SSM_SmoothDielectricCoating.png
Smooth dielectric coating
(coating)
SSM_BumpMapModifier.png
Bump map modier
(bump)
SSM_SmoothDiffuseTransmitter.png
Smooth diffuse transmitter
(difftrans)
SSM_SingleScatteringLayer.png
Single-scattering layer
(hk)

凡例
Legend_Incident.png
Incident illumination
Legend_SmoothSurface.png
Smooth surface
Legend_Exterior.png
Exterior
(normal-facing side)
Legend_TintedLayer.png
Tinted layer
Legend_ScatteredPrimary.png
Scattered illumination
(primary component)
Legend_RoughSurface.png
Rough/bumpy surface
Legend_Interior.png
Interior-facing side
Legend_ScatteringLayer.png
Scattering layer
Legend_ScatteredSecondary.png
Scattered illumination
(secondary component)
Legend_DiffuseScattering.png
Diffuse scattering
Legend_ClearCoating.png
Clear coating
Legend_ArbitraryBSDF.png
Arbitrary BSDF
Legend_ScatteredTertiary.png
Scattered illumination
(tertiary component)
     
Legend_LobeShape.png
Lobe shape/presence is
up to the nested model
     


BSDF

現実的な結果を達成するために、Mitsuba には、汎用の表面散乱モデル (滑らかまたは粗いガラス、金属、プラスチックなど) と特殊な素材専門 (織布、マスクなど) の両方のライブラリーが付属しています。
いくつかのモデルプラグインはどちらのカテゴリも当てはまらず、一つ以上の拡散モデル上に適用されたモディファイアとして最適に表現されます。
ドキュメントの中やシーン記述言語の中では、BSDF表面散乱モデルと同義に用いられています。
これは、Bidirectional Scattering Distribution Function という、より正確な専門用語の略です。
Mitsuba では、BSDF はシーン内の目に見える形状に割り当てられます。


正確性の考慮

物理ベースのレンダリングシステムにおいてシーンをモデリングする際の重要な考慮事項は、使用されるマテリアルの物性に反しないということで、その取り決めには意味があります。
例えば、少し暗すぎる気がする白の机を除けば良く見える建築のインテリアシーンを設計したと想像してみてください。
詳しく調べると、それが 0.9 の拡散反射率のランバートマテリアルを使用していることが分かったとします。
多くのレンダリングシステムにおいては、そのような状況において 反射値を 1.0 よりも大きくすることが可能であると思います。
しかし、Mitsubaでは、受ける光よりも明るく反射するサーフェスがたとえ小さくても、レンダリングアルゴリズムが中断されるか、予測できない結果を生成する原因となります。
実際、この場合の適切な解決方法は、より多くの照明が机に当たるようにいろいろとライティング設定を切り替えてみることで、現実世界において、全入射光の 90% を反射する机を見ることなどまったく考えられないため、結果的にはマテリアルの反射率は下げられることになるでしょう。

別の例として、下図の様なグラスモデルで考えてみます。
ここで気をつけて考えるのは、オブジェクトを屈折変化のインデックスをマークするバウンダリーに分解する必要があるということです。
これが不正確な方法で行われ、光線が屈折変化の矛盾したインデックスを潜在的に通り過ぎることができたとしても (例えば、1.00 → 1.33 の後に 1.50 → 1.33 と続く)、出力は定義されなかったり、ガラスから遠いシーンの一部におそらくかなりの誤りを含んでさえいるでしょう。

ミツバでの散乱モデルのいくつかは、サーフェスの外側と内側の屈折率を知る必要があります。
それは、屈折変化の各インデックスに対応する表面毎に別々にメッシュを分解することが重要です。
ここの例では、水で満たされたガラスのための分解を示しています。

Figure7_a.png
Slice through a glass
lled with water
Figure7_b.png
Description using
surfaces in Mitsuba
(normals in gray)

Surface Interior IOR Exterior IOR
■■■ 1.50 1.00
■■■ 1.50 1.33
■■■ 1.33 1.00


  • 最終更新:2014-06-23 15:40:13

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