Albedo vs Difuso


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Cada vez que creo entender la relación entre los dos términos, obtengo más información que me confunde. Pensé que eran sinónimos, pero ahora no estoy seguro.

¿Cuál es la diferencia entre "difuso" y "albedo"? ¿Son términos intercambiables o se usan para significar cosas diferentes en la práctica?

Respuestas:


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La respuesta corta: no son intercambiables, pero su significado a veces parece superponerse en la literatura de gráficos por computadora, lo que puede generar confusión.


Albedo es la proporción de luz incidente que se refleja lejos de una superficie.

La reflexión difusa es la reflexión de la luz en muchas direcciones, en lugar de solo en una dirección como un espejo ( reflexión especular ).

En el caso de la reflexión difusa ideal ( reflectancia lambertiana ), la luz incidente se refleja en todas las direcciones independientemente del ángulo al que llegó. Dado que en la literatura de renderizado de gráficos por computadora a veces hay un "coeficiente difuso" al calcular el color de un píxel, que indica la proporción de luz reflejada difusamente, existe la posibilidad de confusión con el término albedo , que también significa la proporción de luz reflejada .

Si está renderizando un material que solo tiene una reflectancia difusa ideal, entonces el albedo será igual al coeficiente difuso. Sin embargo, en general, una superficie puede reflejar algo de luz difusa y otra luz de manera especular o en otras formas dependientes de la dirección, de modo que el coeficiente difuso es solo una fracción del albedo.


Tenga en cuenta que albedo es un término de observación de planetas, lunas y otros cuerpos a gran escala, y es un promedio sobre la superficie, y a menudo un promedio en el tiempo. Por lo tanto, el albedo no es un valor útil en sí mismo para renderizar una superficie, donde necesita la propiedad de superficie actual específica en cualquier ubicación dada de la superficie. También tenga en cuenta que en astronomía el término albedo puede referirse a diferentes partes del espectro en diferentes contextos; no siempre se referirá a la luz visible humana.


Otra diferencia, como señala Nathan Reed en un comentario, es que el albedo es un valor promedio único, que no proporciona información de color. Para el renderizado básico, el coeficiente difuso proporciona proporciones para los componentes rojo, verde y azul por separado, por lo que albedo solo le permitirá renderizar imágenes en escala de grises. Para imágenes más realistas, el renderizado espectral requiere la reflectancia de una superficie en función de todo el espectro visible, mucho más que un solo valor promedio.


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Además, tengo la impresión de que el "albedo" en astronomía se promedia en todo el espectro visible (y, a veces, en un espectro más amplio, incluyendo UV e infrarrojo), mientras que los coeficientes difusos / especulares son RGB o, idealmente, cantidades espectrales.
Nathan Reed

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Interesante. En ese caso, no tiene sentido llamar a algo que hace Albedo Map.
Felipe Lira

@PhilLira que parece un uso inútil del término ... Ojalá no se
entere

No creo que entienda esto. ¿No es básicamente una pequeña diferencia en este caso? Por ejemplo, lo que dijo implica que la única diferencia sería que con albedo, la reflexión difusa es (albedo * (1 - specular))y especular es albedo * specular, en lugar de números planos difusos y especulares. Realmente no lo entiendo :(
Llamageddon

@Llamageddon hay una serie de diferencias cubiertas en la respuesta, pero como un simple ejemplo: el albedo de una superficie podría ser 0.8, pero el valor RGB de su componente difuso podría ser (0.6, 0.5, 0.9). El albedo generalmente es solo un valor escalar único, mientras que el componente difuso puede tener múltiples valores para dar color en lugar de solo brillo.
Trichoplax

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Brevemente:

  • Albedo bajo -> objeto más oscuro
  • Albedo alto -> objeto más brillante

  • Reflexión difusa baja -> reflejo espejo (también conocido como Specular)

  • alta reflexión difusa -> reflexión similar al algodón

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No estoy seguro de que sea estrictamente cierto para difuso, aunque puedo estar equivocado. Bajo difuso no implica alto especular, ¿qué pasa con materiales que absorben fuertemente como el carbón o el carbón?
PaulHK

@PaulHK. el carbón tiene un bajo albedo porque una baja proporción de su luz incidente se refleja lejos de una superficie.
Kamran Bigdely

Ah sí, entiendo lo que quieres decir ahora
PaulHK

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Los términos difuso, especular y de reflexión han generado mucha confusión porque se han usado comúnmente para describir diferentes procesos de iluminación a lo largo de la historia del CG y, a veces, difieren de su uso científico.

Para aclarar esto, utilizo mi propio vocabulario compuesto de diferentes términos que aprendí aquí y allá:


1- Reflectancia de superficie :

  • podría corresponder al mapa especular en el sistema anterior
  • Corresponde a la parte de reflexión de Fresnel del modelo BRDF para los materiales dieléctricos y a la reflexión global para los metálicos.

Descripción del proceso de Relieve-Superficie : la luz "rebota" en la superficie sin ninguna transmisión dentro del material o dispersión de micro subsuperficie involucrada en el proceso (sin refracción, sin absorción). La información del color de la luz permanece modificada durante el proceso de reflexión de la superficie, excepto en algunos casos precisos (reflexión metálica coloreada, brillo)

1.1 - Reflectancia de la superficie rugosa : la luz "rebota" de un material rugoso (micro facetas) en una dirección más o menos uniformemente distribuida.

1.2 - reflectancia de superficie lisa : es la luz que "rebota" de un material brillante o liso en una dirección más o menos orientada.


2 - Reflectancia corporal

  • corresponde a lo difuso en el sistema antiguo

  • corresponden al mapa basecolor o albedo en el nuevo sistema.

Descripción del proceso de reflectancia corporal : la luz que golpea la superficie que no se refleja en la superficie se transmite primero al interior del objeto y luego puede ser absorbida, dispersada y reflejada, y en algunos casos salir del material nuevamente. Implica la dispersión micro subsuperficial de irregularidades internas. La información sobre el color de la luz cambia durante los pasos de absorción del proceso de relfectancia corporal. Y si la luz logra salir del material nuevamente, transmitirá su información de color. El proceso de reflectancia del cuerpo no es aplicable al material metálico, ya que solo absorben totalmente o reflejan la luz de la superficie según las longitudes de onda.

La reflectancia del cuerpo no se verá influenciada por la suavidad de la superficie del material, ya que hay dispersión involucrada dentro del material sin importar la superficie, excepto tal vez por materiales transparentes en los que interviene principalmente el proceso de absorción (sin desviación de la luz) y muy poca dispersión. Luego, al salir de nuevo, la rugosidad de la superficie realmente podría influir si estos rayos de luz salen paralelos o se dispersan.

La dispersión del subsuperficie micro es diferente de la dispersión subsuperficial global, ya que, por simplificación mediante aproximación, se considera que la luz sale del material en el mismo punto exacto en el que entró. Esto es justo lo que hace que los objetos dieléctricos regulares tengan color ; debe haber transmisión, luego absorción y micro dispersión, luego retransmisión fuera del material para obtener el color dieléctrico


Ok ahora, lo que entiendo de esta confusión de nombres:

1 - sobre la reflexión difusa

Lo que llamamos normalmente llamamos reflexión difusa es el mecanismo que incluye áspera superficie de reflectancia y cuerpo-reflectancia de una superficie rugosa dieléctrica. Pero en algunos casos, el término reflexión difusa puede usarse para describir solo la parte de reflectancia de la superficie cuando se opone al proceso de transmisión.

Con respecto a los materiales metálicos, la preocupación por la reflexión difusa, de hecho, solo refleja la superficie rugosa. En el caso de material metálico liso, el término reflexión difusa se reemplaza por reflexión especular o reflexión directa (que se suma a la confusión ya que aquí se usa especular para significar "agudo").

Cuando se habla de material dieléctrico liso, todavía hay procesos de difusión, en el sentido de que la luz transmitida al material todavía se dispersa cuando sale de él (reflectancia corporal), pero la parte de reflectancia de la superficie podría llamarse especular o reflexión directa

2 - Sobre el albedo

En el campo físico, Albedo parece ser la relación entre la intensidad de la luz reflejada (reflectancia superficial + reflectancia corporal) y la luz incidente . Por lo tanto, es un valor unidimensional . En CG, por otro lado, vemos albedo como un valor tridimensional en RGB que corresponde al tradicional "difuso" del sistema anterior y al "color base" del flujo de trabajo de metal / rugosidad. En este caso, el albedo sería, para un flujo de trabajo de metal / rugosidad, la reflectancia del cuerpo para dieléctricos y la reflectancia de superficie para metales pero sin el compuesto de fresnel de la reflectancia de superficie de fresnel .

Pero en la forma física del término, el albedo también cubre la parte de reflectancia de la superficie de la remisión de la luz (reflexión de Fresnel).

Sin embargo, en el flujo de trabajo metall / rugosidad, BaseColor no tiene ninguna incidencia en el reflejo de fresnel que se incrusta directamente en los sombreadores. Por lo tanto, BaseColor es básicamente el valor RGB de reflectancia del cuerpo para el material dieléctrico y el valor RGB de reléncia de superficie reflejado en la superficie por el material metálico ("Reflejado en la superficie", pero de forma coloreada debido a la propiedad conductiva de los metales y su organización cristalina combinada).

De hecho, todo es realmente confuso ... y ni siquiera estoy seguro de haberlo entendido

Uno de los documentos al que me refiero junto con las pautas de sustancia PBR: http://creativecoding.evl.uic.edu/courses/cs488/reportsA/brdf.pdf


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Piense en difuso como la cantidad de luz dispersada por la aspereza de la superficie.

Las superficies como la madera tienen un alto coeficiente difuso debido a la textura de su material, pero si se lija, barniza y pule, la superficie sería mucho más lisa, disminuyendo así el coeficiente difuso, pero aumentando el "brillo del espejo" o la especularidad.

Albedo sería la cantidad de luz, en promedio, que refleja una superficie. La luna, a pesar de estar llena de cráteres y picaduras, refleja mucha luz debido a la distancia entre el observador y la luna, por lo que se puede ignorar la difusión de las regiones superficiales individuales, a favor de un valor promedio. Volviendo al ejemplo lunar, sabemos que la luna tiene muchas regiones, con cantidades variables de valores difusos y especulares, pero a una distancia lo suficientemente grande, esos valores se vuelven menos importantes, ya que estamos demasiado lejos para distinguir esos detalles con A simple vista.

A distancias lejanas, en teoría, en términos de gráficos de computadora, podría usar albedo para calcular el color promedio de una superficie (usando muestreo) y usar el coeficiente especular para calcular el brillo de ese color. Pero en la práctica, el muestreo de textura LOD funciona bien.


Esto suena incorrecto La aspereza no causa difusa, solo la afecta debido a la oclusión geométrica. Una pizarra de mármol pulido fino todavía tiene el mismo un fuerte difuso, solo con una distribución ligeramente diferente del brillo dependiendo del ángulo de visión.
Julien Guertault

La aspereza puede no ser la palabra correcta, pero el principio está ahí.
Ian Young