理解 Glossy Fresnel

简介

alSurface shader與V-Ray 3.4的標準VRayMt材質的其中一項差別是：新版的shader會根據其BRDF，菲涅爾（Fresnel） 的效果會受到材質的光澤度（glossiness）所影響。這個功能一般稱為Glossy Fresnel (或稱Rough Fresnel)，即將推出的新版V-Ray（3.5版）中，Glossy Fresnel將會導入至標準的V-Ray shader。在這篇文章中我們將說明到底為什麼這個功能更物理精確。

首先，我們複習一下菲涅爾效應（Fresnel effect）。每種材質都帶有Fresnel數值，這是根據其折射率（IOR）所決定。該值表示從表面反射的光線多少與吸收多少光線。以掠角觀察的表面比面對照相機的表面反射更多的入射光。而且，重點是，法線面對相機的表面比起法線遠離相機的表面相比，反射更少的光線。

第二點要注意的是，有把微表面（microfaceting）考慮進去的BRDFs與沒有考慮微表面，兩者之間的差異。舉個例子：GGX屬於前者；Phong屬於後者。

如果是Phong，根據其光澤度的強度，會以可預測的瓣狀（lobe）分布射線。但是所有根據Phong所分布的射線，會假定射線的法線與表面的法線相同。因此，反射的菲涅爾效應每個射線會以均等地發散。

具有微表面的BRDF：例如GGX，能模擬表面的粗糙度模擬出如同在顯微鏡才看的到的細微凹凸表面，不是假定射線平均地分散，而是會讓射線根據微表面具有不同的分散方向。

根據表面，每個微表面有其自身的法線。一般說來是通常朝向射線的方向。在粗糙表面的掠角，不如平滑表面的掠角那樣地具有尖銳的法線，也因此朝向攝影機的射線會比光澤度高的表面要更多射線，也因此，粗糙表面的掠射角會比光澤表面有較小的菲涅爾效應。

讓我們來看一下幾個實例

GGX, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.5

Blinn, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.5

GGX, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.8

Blinn, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.8

GGX, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.65

Blinn, Glossy Fresnel ON (left) / OFF (right) — glossiness 0.65

以下是當Glossy Fresnel選項開啟與關閉的實際例子。

大部分的人只會發現整體的反射變暗了，但是Glossy Fresnel是更物理精確的，會跟接近真實世界，因此整體來說會更吻合參考物體。

感謝Fausto De Martini提供3D模型。

由於GGX與Fresnel effect能提供更物理精確的材質，我們把新版的V-Ray（3.5版）Glossy Fresnel設為預設參數。如果你希望渲染效果同舊版，還是可以手動關掉。