Albedo vs Diffuse

Setiap kali saya pikir saya memahami hubungan antara kedua istilah, saya mendapatkan lebih banyak informasi yang membingungkan saya. Saya pikir mereka sama, tetapi sekarang saya tidak yakin.

Apa perbedaan antara "difus" dan "albedo"? Apakah mereka istilah yang dapat dipertukarkan atau mereka digunakan untuk mengartikan hal yang berbeda dalam praktik?

Jawaban singkatnya: Mereka tidak dapat dipertukarkan, tetapi maknanya kadang-kadang bisa tampak tumpang tindih dalam literatur grafis komputer, memberikan potensi kebingungan.

Albedo adalah proporsi cahaya datang yang terpantul jauh dari permukaan.

Refleksi difus adalah pantulan cahaya di berbagai arah, bukan hanya dalam satu arah seperti cermin ( refleksi specular ).

Dalam kasus refleksi difus yang ideal ( pantulan Lambertian ), cahaya datang dipantulkan ke segala arah terlepas dari sudut kedatangannya. Karena dalam literatur render grafik komputer kadang-kadang ada "koefisien difus" ketika menghitung warna piksel, yang menunjukkan proporsi cahaya yang dipantulkan secara difus, ada peluang untuk kebingungan dengan istilah albedo , yang juga berarti proporsi cahaya yang dipantulkan .

Jika Anda merender bahan yang hanya memiliki reflektansi difusi yang ideal, maka albedo akan sama dengan koefisien difus. Namun, secara umum suatu permukaan dapat memantulkan beberapa cahaya secara difus dan cahaya lainnya secara specular atau dengan cara lain yang bergantung pada arah, sehingga koefisien difus hanya sebagian kecil dari albedo.

Perhatikan bahwa Albedo adalah istilah dari pengamatan planet, bulan dan benda berskala besar lainnya, dan rata-rata di atas permukaan, dan seringkali rata-rata dari waktu ke waktu. Albedo dengan demikian bukan nilai berguna dalam dirinya sendiri untuk rendering permukaan, di mana Anda membutuhkan properti permukaan spesifik saat ini di lokasi tertentu pada permukaan. Juga perhatikan bahwa dalam astronomi istilah Albedo dapat merujuk ke bagian spektrum yang berbeda dalam konteks yang berbeda - itu tidak akan selalu mengacu pada cahaya tampak manusia.

Perbedaan lain, seperti yang Nathan Reed tunjukkan dalam komentar, adalah albedo adalah nilai rata-rata tunggal, yang tidak memberi Anda informasi warna. Untuk rendering dasar koefisien difus memberikan proporsi untuk komponen merah, hijau dan biru secara terpisah, sehingga Albedo hanya akan memungkinkan Anda untuk membuat gambar skala abu-abu. Untuk gambar yang lebih realistis, rendering spektral memerlukan pantulan permukaan sebagai fungsi dari keseluruhan spektrum yang terlihat - jauh lebih dari nilai rata-rata tunggal.

Secara singkat:

• Albedo rendah -> objek yang lebih gelap

• Albedo tinggi -> objek lebih terang

• Refleksi difus rendah -> pantulan seperti cermin (alias Specular)

• refleksi difus tinggi -> refleksi seperti kapas

Istilah Diffuse, specular, dan Reflection telah menimbulkan banyak kebingungan karena mereka umumnya digunakan untuk menggambarkan proses pencahayaan yang berbeda sepanjang sejarah CG dan kadang-kadang berbeda dari penggunaan ilmiah mereka.

untuk memperjelas ini saya menggunakan kosakata saya sendiri yang terdiri dari istilah yang berbeda yang saya ambil di sana-sini:

1- Reflektansi Permukaan :

• bisa sesuai dengan peta specular di sistem lama
• Sesuai dengan bagian refleksi fresnel dari model BRDF untuk bahan dielektrik dan refleksi global untuk bahan logam.

Deskripsi proses Surface-Relfectance : cahaya "memantul" dari permukaan tanpa transmisi apa pun di dalam material atau hamburan permukaan mikro yang terlibat dalam proses (tidak ada pembiasan, tidak ada penyerapan). Informasi warna terang tetap tidak berubah selama proses refleksi permukaan kecuali untuk beberapa kasus yang tepat (refleksi logam berwarna, berkilauan)

1.1 - Pantulan permukaan kasar : ringan "memantul" dari material kasar (segi mikro) dalam arah yang kurang lebih terdistribusi secara merata.

1.2 - pemantulan permukaan halus : ringan "memantul" dari bahan mengkilap atau halus dalam arah yang kurang lebih berorientasi.

2 - Refleksi tubuh

• sesuai dengan difus dalam sistem lama

• sesuai dengan peta warna dasar atau albedo di sistem baru.

Deskripsi proses Refleksi-Tubuh : Cahaya yang mengenai permukaan yang tidak terpantul pada permukaan pertama-tama ditransmisikan di bagian dalam objek dan kemudian dapat diserap, selanjutnya tersebar dan dipantulkan, dan dalam beberapa kasus keluar dari material lagi. Ini melibatkan hamburan sub-permukaan mikro dari penyimpangan internal. Informasi warna terang berubah selama langkah-langkah penyerapan dari proses kesesuaian tubuh. Dan jika cahaya berhasil keluar dari material lagi, itu akan mengirimkan informasi warnanya. Proses pemantulan tubuh tidak dapat diterapkan pada bahan logam karena hanya menyerap secara total atau memantulkan cahaya permukaan tergantung pada panjang gelombangnya.

Tubuh-reflektansi tidak akan dipengaruhi oleh kehalusan permukaan material karena ada hamburan yang terlibat di dalam materi tidak peduli permukaan, kecuali mungkin untuk bahan transparan di mana sebagian besar proses penyerapan terlibat (tidak ada penyimpangan cahaya) dan sangat sedikit hamburan. Kemudian ketika keluar lagi, kekasaran permukaan benar-benar dapat mempengaruhi jika sinar cahaya ini sejajar atau tersebar.

Hamburan bawah permukaan mikro berbeda dari hamburan bawah permukaan global seperti, untuk masalah penyederhanaan melalui pendekatan, cahaya dianggap sebagai keluar dari materi pada titik yang sama persis saat masuk. Ini adalah apa yang membuat benda dielektrik biasa memiliki warna ; harus ada transmisi, kemudian penyerapan dan hamburan mikro, kemudian transmisi ulang di luar material untuk mendapatkan warna dielektrik

Oke sekarang, apa yang saya mengerti dari kebingungan penamaan ini:

1 - tentang refleksi difus

Apa yang kita sebut refleksi difus adalah mekanisme yang mencakup pantulan permukaan kasar dan pantulan tubuh untuk permukaan dielektrik kasar. Tetapi dalam beberapa kasus istilah refleksi difus dapat digunakan untuk menggambarkan hanya bagian permukaan pemantulan bila berlawanan dengan proses transmisi.

Mengenai bahan logam, perhatian refleksi difus, sebagai soal fakta, hanya pantulan permukaan kasar. Dalam hal bahan logam halus, istilah refleksi difus diganti dengan refleksi specular atau refleksi langsung (yang menambah kebingungan karena specular digunakan di sini berarti "tajam").

Ketika berbicara tentang bahan dielektrik halus, masih ada proses difusi, dalam arti bahwa cahaya yang ditransmisikan ke dalam materi masih tersebar ketika keluar dari itu (tubuh-pantulan), tetapi bagian permukaan-pantulan itu bisa disebut specular atau refleksi langsung.

2 - Tentang Albedo

Dalam bidang fisikawan, Albedo tampaknya menjadi rasio antara intensitas cahaya yang dipantulkan (permukaan-pantulan + tubuh-pantulan) dan cahaya yang datang . Jadi itu adalah nilai satu dimensi . Di CG, di sisi lain, kita melihat albedo sebagai nilai tiga dimensi dalam RGB yang sesuai dengan "difus" tradisional dari sistem lama dan "warna dasar" dari alur kerja logam / kekasaran. Dalam hal ini albedo akan, untuk aliran kerja logam / kekasaran, pantulan tubuh untuk dielektrik dan dan pantulan-permukaan untuk logam tetapi tanpa komposisi fresnel dari reflektansi permukaan fresnel .

Tetapi dengan cara fisikawan dari istilah itu, Albedo juga mencakup bagian permukaan-pantulan dari pemancaran ulang cahaya (refleksi fresnel).

Dalam alur kerja logam / kekasaran, BaseColor tidak memiliki insiden ke refleksi fresnel yang langsung tertanam ke dalam shader. Jadi BaseColor pada dasarnya adalah nilai RGB pantulan-tubuh untuk bahan Dielektrik dan nilai RGB permukaan yang direfleksikan permukaan-dipantulkan oleh bahan logam (menjadi "Permukaan-pantul", tetapi dengan cara berwarna karena sifat konduktif dari logam dan organisasi cristalline mereka digabungkan).

Itu semua benar-benar membingungkan ... dan saya bahkan tidak yakin saya sepenuhnya mendapatkannya

Salah satu dokumen yang saya maksud dengan pedoman PBR substansi: http://creativecoding.evl.uic.edu/courses/cs488/reportsA/brdf.pdf

Pikirkan difus sebagai jumlah cahaya yang tersebar oleh kekasaran permukaan.

Permukaan seperti kayu memiliki koefisien difus yang tinggi karena tekstur materialnya, tetapi jika itu diampelas, dipernis dan dipoles, permukaannya akan jauh lebih halus, sehingga mengurangi koefisien difus, tetapi meningkatkan "mirror shine", atau specularity.

Albedo akan menjadi jumlah cahaya, rata-rata, yang dipantulkan oleh suatu permukaan. Bulan, meskipun telah dilubangi dan diadu, memantulkan banyak cahaya karena jarak antara pengamat dan bulan, dan karenanya, difusi dari masing-masing daerah permukaan dapat diabaikan, dengan alasan nilai rata-rata. Kembali ke contoh bulan, kita tahu bahwa bulan memiliki banyak daerah, dengan jumlah yang bervariasi dari nilai-nilai menyebar dan specular, tetapi pada jarak yang cukup jauh, nilai-nilai itu menjadi kurang penting, karena kita terlalu jauh untuk melihat detail seperti itu dengan mata telanjang.

Pada jarak yang jauh, Anda bisa secara teoritis, dalam istilah grafik komputer, menggunakan albedo untuk menghitung warna rata-rata suatu permukaan (menggunakan sampling), dan menggunakan koefisien specular untuk menghitung kecerahan warna itu. Namun dalam prakteknya, sampling tekstur LOD melakukan pekerjaan dengan baik.