计算机图形学:菲涅尔效应(Fresnel Effect)

菲涅尔效应定义

在真实世界中,除了金属之外,其它物质均有不同程度的“菲涅尔效应”。简单的讲,就是视线垂直于表面时,反射较弱,而当视线非垂直表面时,夹角越小,反射越明显。如果你看向一个圆球,那圆球中心的反射较弱,靠近边缘较强。不过这种过度关系被折射率影响。
如果不使用“菲涅尔效应”的话,则反射是不考虑视点与表面之间的角度的。
菲涅尔效应

如果你站在湖边,低头看脚下的水,你会发现水是透明的,反射不是特别强烈;如果你看远处的湖面,你会发现水并不是透明的,但反射非常强烈。这就是“菲涅尔效应”。
湖边

菲涅尔效应模拟

工具为Blender,其中一种模拟方式为:使用混合着色器,控制边缘处为光泽着色器,中间部分为漫射着色器。通过层权重和RGB曲线控制光泽着色器与漫射着色器的范围。

  1. 通过层权重和RGB曲线描绘应用不同着色器的渲染权重。
    层权重和RGB曲线
  2. 白色部分渲染光泽,黑色部分渲染漫射。
  3. 具体材质节点配置如下
    blender

Blender 菲涅尔节点

在Blender中提供了菲涅尔节点,可以通过修改IOR更加方便的模拟。

以下引自BlenderManual-菲涅尔节点

菲涅尔节点说明

  • 菲涅尔 或 非传导性菲涅尔 节点计算光线在层面上反射和折射的量。生成的权重可以与 混合着色器 节点一起对着色器进行分层。它取决于表面法线和观察方向之间的角度。

  • 在将两个BSDF着色器混合时,该节点常用于混合着色器的混合系数。 对于简单的玻璃材料,可以在光泽折射和光泽反射之间进行混合。 在掠射角度下,光线更倾向于反射,而不像现实生活中那样倾向于折射。

  • 对于具有漫反射基底和光泽涂层的双层材料,可以使用相同的设置,对漫射和光泽BSDF进行混合。 通过使用菲涅耳作为混合系数,你可以指定通过光泽涂层折射的任何光线都会照射到漫反射基底并从中反射出来。

    输入选项</B>
    IOR
    输入材料的折射率 (IOR) 。
    法向
    输入意味着插入可以影响输出的凹凸贴图或法线贴图。
    属性
    该节点没有属性选项。
    输出选项
    系数
    菲涅耳权重,表示光从层面反射而不是通过的概率。

节点一种使用方式

节点

总结

  1. 菲涅尔效应取决与物体材质本身的物理特性。
  2. 视线垂直于表面时,反射较弱,而当视线非垂直表面时,夹角越小,反射越明显。