介绍
OceanTM是一个精确的光学软件，它基于3D模型和材质数据提供仿真结果。OceanTM可以处理大量表格材料数据，无论是理论数据还是测量数据。在表面属性表征的情况下，双向反射分布函数 （BRDF） 在一个点上描述了每个角度和每个波长的光是如何被表面漫射或反射的。如图 1 所示，BRDF 可以用不同的贡献来描述：漫反射、光泽和镜面反射分量。漫射表面向各个方向散射光线。光滑的表面将光线散射到首选方向。完美的镜面反射表面，例如镜子，将入射光散射到一个出射方向。实际材料通常具有BRDF，它是这三个类别的组合。汽车油漆具有具有复杂外观的特殊性，特别是由于这些油漆内部使用了薄片。薄片的特性会给外观带来复杂的光泽成分。为了提出预测性外观图像，可以对汽车油漆进行实验室测量并实施到OceanTM.
BRDF测量和在OceanTM中的应用
示例
在此示例中，研究了绿色汽车油漆样品。样品的照片如图2所示，使用人造光（a）和自然光（b）。样品呈浅色均匀的绿色，有可见的细片和透明的淡紫色。
图 2 – 使用人造光 （a） 和自然光 （b） 的摄影示例（将鼠标移到图像上以查看缩放版本）
BRDF 测量
BRDF测量通常使用测角分光光度计进行。分光光度计可以测量材料的反射特性与波长的关系。术语“gonio”来自古希腊语“gonia”，意思是“角度”，表示这种测量可以针对不同的角度进行，从而可以测量不同的BRDF成分。如图 3 所示，样品暴露在给定方向的光下，并通过分光光度计在几个出射方向上测量表面的反射特性。通常，两个天顶角（样品和光方向之间的天顶角θin，样品和探测器之间的天顶角θout，见图3）是不同的。
图 3 – Gonio 分光光度计测量原理。
图4的动画显示了使用商用测角分光光度计对绿色车漆进行的测量示例。反射 （r [∅]） 的测量值显示为每个波长（显示在颜色条中）的函数，作为 的函数。BRDF的漫反射部分清晰可见，并且已经显示样品是绿色的（绿色是反射最多的颜色，r最大）。在现有角度附近也可以看到光泽部分，宽度约为 20°。由于使用测角分光光度计时的测量限制，镜面反射贡献由包含积分球的分光光度计确定[1]。这里BRDF的特性是用特定的非商业设备测量的，这里不讨论。
图 4 – BRDF 测量值。用于描述测量结果。
导入Ocean
我们已经用三种不同的设备测量了我们的样品，我们现在需要将它们实施到 Ocean 中。Ocean 能够直接读取和导入 BRDF 数据，这要归功于 BSDF 转换器工具箱，如图 5 所示（BSDF 等同于 BRDF，但包括考虑材料的反射和透射）。该工具箱允许使用高级算法将 BSDF 拆分为漫反射、光泽和镜面反射分量。可以调整角度镜面/光泽度和光泽度/漫反射角度限制，如图 5 中的绿色方块突出显示。使用此选项时，创建的 BSDF 为加法 BSDF 类型，如图 6 所示，每个组件（即镜面反射、光泽和漫反射）对应子 BSDF。镜面分量是通过积分球测量来测量的，而薄片特性测量值可以作为对BRDF光泽分量的贡献。“闪闪发光”的BRDF包括闪光特性，而测角分光光度计测量值则保存在Rusinkiewicz表中（用于光泽和漫反射成分）。
图 5 – Ocean中 BSDF 转换器工具的屏幕截图。绿色方块突出显示允许拆分导入的 BRDF 的选项。红色方块突出显示了定义导入的 BRDF 采样分辨率的参数。
图6 – BSDF转换器工具创建的加法BRDF的屏幕截图。
图5（红色方块）中的“H步/D步”参数定义了导入的BSDF的采样分辨率，如Rusinkiewicz坐标系[2]中所述。在这里，至关重要的是，在导入BSDF时，不要提出太小或太大的采样分辨率。实际上，如图 7 所示，过采样（H 和 D 步长太小）将导致非物理黑线，而采样不足（H 和 D 步长过大）将导致非物理黑线模糊。图7的上半部分显示了在Rusinkiewicz坐标系中使用测角分光光度计进行的BRDF测量[2]。彩条表示测得的反射强度。
图 7 – 作为导入 BRDF 时选择的采样分辨率函数的汽车油漆模拟
模拟结果
样品模拟结果如图8所示。展示了一个仿真结果，如左图所示。浅绿色和闪光是可见的，特别是在提供样品缩放的右图中。浅绿色和闪光尺寸与相关性密切相关。对样品进行了定量研究，并确定了模拟样品与物理样品之间的良好一致性。。
图8 – 左：使用绿色车漆的仿真结果。右图：变焦放大显示细节，可以看到小火花。
图9 – ocean使用测量的汽车油漆进行模拟的结果
结论
本文提出了对汽车油漆的研究。这种材料具有具有复杂的光反射行为的特殊性，由其BRDF描述。测量结果，特别是使用测角分光光度计的测量结果，被使用并导入Ocean中，在图像和色度方面，真实样品和渲染图之间显示出良好的一致性。
0 Comments