Albedo vs Diffuse

Toda vez que acho que entendo a relação entre os dois termos, recebo mais informações que me confundem. Eu pensei que eles eram sinônimos, mas agora não tenho certeza.

Qual é a diferença entre "diffuse" e "albedo"? São termos intercambiáveis ​​ou costumam significar coisas diferentes na prática?

A resposta curta: eles não são intercambiáveis, mas seu significado às vezes parece se sobrepor na literatura de computação gráfica, dando o potencial de confusão.

Albedo é a proporção de luz incidente que é refletida longe de uma superfície.

Reflexão difusa é o reflexo da luz em várias direções, e não em apenas uma direção como um espelho ( reflexão especular ).

No caso da reflexão difusa ideal ( refletância lambertiana ), a luz incidente é refletida em todas as direções, independentemente do ângulo em que chegou. Como na literatura de renderização de computação gráfica às vezes existe um "coeficiente difuso" ao calcular a cor de um pixel, o que indica a proporção de luz refletida de maneira difusa, existe uma oportunidade de confusão com o termo albedo , que também significa a proporção de luz refletida .

Se você estiver renderizando um material que possui apenas refletância difusa ideal, o albedo será igual ao coeficiente difuso. No entanto, em geral, uma superfície pode refletir alguma luz difusamente e outra luz especularmente ou de outras maneiras dependentes da direção, de modo que o coeficiente difuso seja apenas uma fração do albedo.

Observe que albedo é um termo da observação de planetas, luas e outros corpos de grande escala, e é uma média acima da superfície, e geralmente uma média ao longo do tempo. O albedo, portanto, não é, por si só, um valor útil para renderizar uma superfície, onde você precisa da propriedade específica atual da superfície em qualquer local na superfície. Observe também que, em astronomia, o termo albedo pode se referir a diferentes partes do espectro em diferentes contextos - nem sempre se refere à luz visível humana.

Outra diferença, como Nathan Reed aponta em um comentário, é que albedo é um valor médio único, que não fornece informações sobre cores. Para renderização básica, o coeficiente difuso fornece proporções para os componentes vermelho, verde e azul separadamente; portanto, o albedo só permite renderizar imagens em escala de cinza. Para imagens mais realistas, a renderização espectral requer a refletância de uma superfície em função de todo o espectro visível - muito mais do que um único valor médio.

Resumidamente:

• Baixo albedo -> objeto mais escuro

• Alto albedo -> objeto mais brilhante

• Baixa reflexão difusa -> reflexão espelhada (também conhecida como Specular)

• reflexão difusa alta -> reflexão semelhante a algodão

Os termos Difuso, especular e de Reflexão levaram a muita confusão porque foram comumente usados ​​para descrever diferentes processos de iluminação ao longo da história do CG e às vezes divergem de seu uso científico.

para esclarecer isso, estou usando meu próprio vocabulário composto de termos diferentes que eu escolhi aqui e ali:

1- Reflexão da superfície :

• poderia corresponder ao mapa especular no sistema antigo
• Corresponde à parte de reflexão de fresnel do modelo BRDF para os materiais dielétricos e à reflexão global para os metálicos.

A descrição do processo Relfectance da superfície : a luz está "refletindo" na superfície sem transmissão dentro do material ou dispersão da micro subsuperfície envolvida no processo (sem refração, sem absorção). As informações sobre cores claras permanecem inalteradas durante o processo de reflexão da superfície, exceto em alguns casos precisos (reflexão metálica colorida, cintilante)

1.1 - Refletância da superfície rugosa : é a luz que "salta" de um material rugoso (micro facetas) em uma direção mais ou menos uniformemente distribuída.

1.2 - refletância da superfície lisa : a luz "salta" de um material brilhante ou liso em uma direção mais ou menos orientada.

2 - Reflexão corporal

• correspondem ao difuso no sistema antigo

• correspondem ao mapa basecolor ou albedo no novo sistema.

Descrição do processo de refletância do corpo : A luz que atinge a superfície que não é refletida na superfície é transmitida primeiro no interior do objeto e, em seguida, pode ser absorvida, dispersa e refletida e, em alguns casos, sair do material novamente. Envolve micro dispersão sub-subsuperficial a partir de irregularidades internas. As informações de cores claras são alteradas durante as etapas de absorção do processo de relfectância do corpo. E se a luz conseguir sair do material novamente, transmitirá suas informações de cores. O processo de refletância do corpo não é aplicável ao material metálico, pois eles absorvem totalmente ou refletem totalmente a luz, dependendo do comprimento da onda.

A refletância do corpo não será influenciada pela suavidade da superfície do material, pois há espalhamento envolvido dentro do material, independentemente da superfície, exceto talvez por materiais transparentes, nos quais há principalmente processo de absorção (sem desvio de luz) e muito poucos espalhamento. Então, quando sair novamente, a rugosidade da superfície poderá realmente influenciar se esses raios de luz sairem paralelos ou dispersos.

A dispersão da micro subsuperfície é diferente da dispersão global da subsuperfície, pois, por uma questão de simplificação por aproximação, a luz é considerada saindo do material no mesmo ponto exato em que foi inserida. É exatamente isso que faz com que objetos dielétricos regulares tenham cor ; deve haver transmissão, absorção e micro espalhamento e retransmissão para fora do material, a fim de obter a cor do dielétrico

Ok, agora, o que eu entendi dessa confusão de nomes:

1 - sobre a reflexão difusa

O que chamamos normalmente chamamos de reflexão difusa é o mecanismo que incluem áspera superfície de reflectância e corpo-reflexão para uma superfície dielétrica áspero. Mas, em alguns casos, o termo reflexão difusa pode ser usado para descrever apenas a parte da refletância da superfície quando oposta ao processo de transmissão.

No que diz respeito aos materiais metálicos, a reflexão difusa diz respeito, de fato, apenas à refletância superficial áspera. No caso de material metálico liso, o termo reflexão difusa é substituído por reflexão especular ou reflexão direta (que aumentam a confusão, pois especular é usado aqui para significar "agudo").

Quando se fala em material dielétrico liso, ainda existem processos difusos, no sentido de que a luz transmitida para o material ainda é dispersa quando sai dele (refletância do corpo), mas a parte da refletância da superfície pode ser chamada de especular ou reflexão direta.

2 - Sobre o albedo

No campo dos físicos, Albedo parece ser a razão entre a intensidade da luz refletida (refletância da superfície + refletância do corpo) e a luz incidente . Portanto, é um valor de uma dimensão . Em CG, por outro lado, vemos o albedo como um valor tridimensional em RGB que corresponde à tradição "difusa" do sistema antigo e à "cor da base" do fluxo de trabalho de metal / rugosidade. Nesse caso, albedo seria, para um fluxo de trabalho de metal / rugosidade, a refletância do corpo para dielétricos e a refletância de superfície para metais, mas sem o componente fresnel da refletância da superfície do fresnel .

Mas, do modo físico do termo, albedo também cobre a parte de refletância da superfície da reemissão de luz (reflexão de fresnel).

No fluxo de trabalho de metal / rugosidade, porém, o BaseColor não tem nenhuma incidência no reflexo do fresnel que é diretamente incorporado aos shaders. Portanto, o BaseColor é basicamente o valor RGB da refletância do corpo para o material dielétrico e o valor RGB da relfectância da superfície refletido na superfície pelo material metálico (sendo "refletido na superfície", mas de maneira colorida devido à propriedade condutora dos metais e organização cristalina combinada).

É realmente muito confuso ... e nem tenho certeza de que entendi completamente

Um dos documentos a que me refiro juntamente com as diretrizes da substância PBR: http://creativecoding.evl.uic.edu/courses/cs488/reportsA/brdf.pdf

Pense em difuso como a quantidade de luz espalhada pela aspereza da superfície.

Superfícies como a madeira têm um alto coeficiente difuso devido à sua textura do material, mas se ela fosse lixada, envernizada e polida, a superfície seria muito mais lisa, diminuindo o coeficiente difuso, mas aumentando o "brilho do espelho" ou a especularidade.

Albedo seria a quantidade de luz, em média, que uma superfície reflete. A lua, apesar de estar cheia de crateras e sem caroço, reflete muita luz devido à distância entre o observador e a lua; portanto, a difusão das regiões individuais da superfície pode ser ignorada, em favor de um valor médio. Voltando ao exemplo lunar, sabemos que a lua tem muitas regiões, com quantidades variadas de valores difusos e especulares, mas a uma distância suficiente, esses valores se tornam menos importantes, pois estamos muito longe para distinguir esses detalhes. a olho nu.

Em longas distâncias, você poderia, teoricamente, em termos de computação gráfica, usar albedo para calcular a cor média de uma superfície (usando amostragem) e usar o coeficiente especular para calcular o brilho dessa cor. Mas, na prática, a amostragem de textura LOD faz o trabalho muito bem.