##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Анотація. У статті розглянуто розробку модифікованої косинус-квадратичної моделі відбиття світла для рендерингу тривимірних зображень. Розглянуто визначення двопроменевої функції відбивної здатності, що використовується для моделювання відбиття світла від поверхні, та її необхідні властивості, що включають невід’ємність, відповідність принципу симетричності Гельмгольца та закону збереження енергії. Проаналізовано фізично-точні моделі Кука-Торренса та Хе, що базуються на фізичній теорії відбиття світла. Додатково, досліджено особливості застосування моделей відбиття світла на основі даних. Розглянуто недоліки використання фізично-точних моделей відбиття і моделей на основі даних у високопродуктивних системах тривимірного рендерингу. Проаналізовано переваги й недоліки основних емпіричних моделей відбиття світла, а також необхідність апроксимації еталонної емпіричної моделі Блінна-Фонга. Встановлено, що наявні апроксимаційні моделі Блінна-Фонга, такі як косинус-квадратична модель відбиття світла, не дозволяють достатньо якісно відтворити відблиски на поверхні тривимірного об’єкта. Обґрунтовано необхідність розробки нових апроксимаційних виразів моделі Блінна-Фонга для підвищення реалістичності формування зображень у режимі реального часу. Запропоновано модифіковану косинус-квадратичну модель відбиття світла, що забезпечує суттєве підвищення точності відтворення відблисків у зонах епіцентру та блюмінгу порівняно з оригінальною косинус-квадратичною моделлю. Модель розроблено на основі однієї з форм косинус-квадратичної моделі освітлення, що містить параметр управління формою відблиску. При цьому, вираз модифікованої моделі не вміщує затратні операції. Побудовано графіки, що відображають відносні та абсолютні похибки запропонованої моделі від моделі відбиття світла Блінна-Фонга. Для забезпечення відповідності модифікованої косинус-квадратичної моделі відбиття світла закону збереження енергії, модель доповнено розрахованим нормуючим коефіцієнтом. Запропонована модель відбиття світла є енергетично-коректною та забезпечує високопродуктивне формування тривимірних зображень.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Посилання
2. Y. Zhou, “An overview of BRDF models in computer graphics”, Theor. Natural Sci., vol. 19, № 1, pp. 205–210, December 2023.
3. O. Romanyuk, Y. Zavalniuk, S. Pavlov, R. Chekhmestruk, Z. Bondarenko, T. Koval, A. Kalizhanova, and A. Iskakova, “New surface reflectance model with the combination of two cubic functions usage”, Inform., Autom., Pomiary W Gospod. I Ochr. Srodowiska, vol. 13, № 3, pp. 101–106, September 2023.
4. M. Le Bohec et al., “Relationship between topographic parameters and BRDF for tungsten surfaces in the visible spectrum”, Optik, vol. 303, May 2024, Art.no. 171750.
5. O N. Romanyuk, Y. K. Zavalniuk, ta O. L. Bobko, “Analiz novykh modelei osvitlennia na osnovi dvopromenevykh funktsii vidbyvnoi zdatnosti”, u Ukraina ta svit: suchasni paradyhmy rozvytku suspilstva. Kharkiv: SG NTM «Novyi kurs», 2024, s. 16–39.
6. G. C. Guarnera, D. Guarnera, G. J. Ward, M. Glencross, and I. Hall, “BxDF material acquisition, representation, and rendering for VR and design”, in SA '19, Brisbane, Queensland, Australia, 2019, pp. 1-17.
7. B. Raybaud, E. Vergnault, A. Disdier, P. Thony, and J.-J. Roux, “Identification of BRDF parameters with spectral measurements in the visible light spectrum towards solar irradiation evaluation in urban environment for photovoltaïc technologies”, Energy Build., vol. 263, May 2022, Art. no. 112034.
8. O. Romanyuk, Y. Zavalniuk, O. Romanyuk, A. Snigur, N. Titova, and V. Maidaniuk, “The Development of Physically Correct Reflectance Model Based on Logarithm Function”, in 2023 13th Int. Conf. Adv. Comput. Inf. Technol. (ACIT), Wrocław, Poland, 2023, pp. 483-487.
9. X. Yu, T. Wu, J. Yi, and Y. Tan, “Simulation research on the reflection characteristics of typical microsurfaces for remote sensing targets”, in Int. Conf. Remote Sens. Technol. Surv. Mapping (RSTSM 2024), Changchun, China, 2024, Art. no. 131660.
10. F. Giesen. “Phong Normalization Factor derivation”. Farbrausch.de. Accessed on: March 28, 2025. [Online]. Available: https://www.farbrausch.de/~fg/stuff/phong.pdf
11. Y. Nakajima, T. Sasaki, N. Okada, and T. Yamamoto, “Development of LiDAR Measurement Simulator Considering Target Surface Reflection”, in Proc. 8th Eur. Conf. Space Debris, Darmstadt, Germany, 2021, pp. 20–23.
12. O. Romanyuk, Y. Zavalniuk, N. Titova, O. Kaduk, W. Wójcik, M. Kalimoldayev, and Z. Shermantayeva, “Optical system visualization of combined reflectance model based on cubic and quadratic functions”, in Opt. Fibers Their Appl. 2023, Lublin, Poland, 2023, Art. no. 129850C.
13. A. Romaнyuk, and Y. Lyashenko, “The BRDF Models Based on the Cosine-quadratic Function”, in 10th Int. Conf. DEVELOP. APPLICATION SYST., Suceava, Romania, 2010, pp. 390–394.
14. X. Li, J. Feng, and J. Liu, “Color Reproduction of Chinese Painting Under Multi-Angle Light Source Based on BRDF”, Photonics, vol. 11, № 11, November 2024, Art. no. 1089.
15. O. Clausen, Y. Chen, A. Fuhrmann, and R. Marroquim, “Investigation and Simulation of Diffraction on Rough Surfaces”, Comput. Graph. Forum, vol. 42, № 1, pp. 245–260, 2023.
16. S. Li, Z. Liu, X. Xiong, and Y. Liu, “Reflection modeling of rough metal surfaces using statistical theory”, Opt. Eng., vol. 63, № 11, November 2024, Art. no. 114102.
17. C.-H. Rhee, and C. H. Lee, “Estimating Physically-Based Reflectance Parameters From a Single Image With GAN-Guided CNN”, IEEE Access, vol. 10, pp. 13259–13269, 2022.
18. X. D. He, K. E. Torrance, F. X. Sillion, and D. P. Greenberg, “A comprehensive physical model for light reflection”, ACM SIGGRAPH Comput. Graph., vol. 25, № 4, pp. 175–186, July 1991.