14.1.1 Participating Media Material
Scattering 과 participating media에 사용되는 표기법. 각각의 파라미터는 파장에 따라 달라질 수 있으며, 이를 통해 색이 있는 빛의 흡수와 산란을 구현할 수 있다. phase function의 단위는 inverse steradians 이다.(Section 8.1.1 참고)
매질을 통과하는 ray에 따라 radiance의 양에 영향을 줄 수 있는 이벤트는 네 가지가 있다.
- Absorption(흡수, 함수 σa): 광자들이 매질 내의 물질에 의해 흡수되어 열이나 다른 형태의 에너지로 변한다.
- Out-Scattering(산란 손실, 함수 σs): 광자들이 매질네의 입자들에 부딪혀 다른 방향으로 튕겨 나간다. 이 현상은 빛의 distribution of light bounce directions(빛의 산란 방향 분포)를 설명하는 phase function p에 따라 발생한다.
- Emission(방출): 빛은 높은 열에 도달하면 방출될 수 있다. 예를 들어 fire's black-body radiation. 자세한 내용은 [479]참고
- In-scattering(산란 유입, 함수 σs): 다양한 방향에서 오는 광자들이 입자에 산란된 후 현재 광선 경로로 유입되어 최종 radiance에 기여한다.주어진 방향에서 유입되는 빛의 양 역시 해당 방향에 대한 phase function p 에 따라 달라진다.
정리하자면, photons가 path 에 추가되는 건 in-scattering 함수와 emission이다. photons를 제거하는건 소멸 함수 σt = σa + σs, 흡수와 out-scattering이다. radiative transfer equation에서 설명되었듯, 계수들은 x에서 방향 v를 향한 radiacne의 변화율을 나타내며, 이는 L(x, v)에 대한 상대적인 변화량이다. 따라서 이러한 계수들은 모두 [0, +∞]값을 갖는다. 자세한 내용은 [479]에서 확인할 수 있다. 매질의 알베도 ρ는 산란과 흡수 계수에 해의 결정된다.
ρ는 [0, 1]의 범위를 가진다. 0에 가까워 질수록 많은 빛이 흡수되고, 매연과 같이 탁하고 어두운 모습을 띄게 된다. 1에 가까워 질 수록 대부분의 빛이 산란됨을 의미하고, 구름이나 공기, 혹은 지구의 대기 와 같이 밝고 연한 색을 띈다. Section 9.1.2에서 논의 되었듯, 매질의 외형은 매질의 산란과 흡수 특성의 조합으로 결정된다. 실제 세계의 participating media는 측정되어 문헌에 발표되어 있다. [1258]
예를 들어,ㅣ
- 우유는 scattering coefficient value가 높아 흐리고 불투명한 외형을 띄며, 알베도 ρ > 0.999로 매우 밝고 흰색처럼 보인다.
- 레드 와인은 scattering이 거의 없고 absorption이 강하여 반투명하고 진한 색을 띠는 매질로 표현된다.
각각의 properties와 events는 파장 의존적이다. 이 의존은 주어진 매질에서 다른 진동수의 빛이 다른 확률로 흡수 또는 산란될 것 이란 뜻이다. 이론상, 이것을 설명하기 위해서는 렌더링에서 스펙트럼 값을 사용해야 한다. 하지만 실시간 렌더링에서는ㅇ효율성을 위해 RGB값을 대신 사용한다. 가능하다면, σa 와 σs 같은 값은 color-matching 함수(Section 8.1.3)를 사용하여 스펙트럼 데이터로 부터 미리 계산된 RGB값을 사용해야 한다.
이전 챕터에서는 participating media가 없었기 때문에 카메라로 들어오는 radiance는 시가장 가까운 표면에서 나오는 radiance와 같다고 가정했었다. 더 정확히는 c는 카메라 포지션, p는 view ray와 가장 가까운 지점, v는 p to c 유닛 벡터라 했을때 Li(c, −v) = Lo(p, v)라 가정하였다.
participating media가 도입되면, 이러한 가정은 더 이상 사용되지 않고, 우리는 view ray를 따라 radiacne의 변화를 설명해야 한다. 예를 들어, 우리는 이제 punctual light source로 부터의 scattered light 계산에 포함되어야 한다.(Section 9.4):
Tr(c, x)는 x 와 c 사이의 투과율(Section 14.1.2)이며, Lscat(x, v)는 view ray를 따라 빛이 scattered된 양이다.(Section 14.1.3). Equation 14.2에 대한 자세한 내용은 [479]에서 확인할 수 있다.
