鏡面シェーディングでR（phong）の代わりにH（blinn）が使用されるのはなぜですか？

この理由はどこにもありません。phongで使用される反射ベクトルは、物理学の基礎が単純です。しかし、blinnで使用されるハーフベクトルは、一見合理的な根拠がなく、適切な反映を構成していません。それにもかかわらず、いわゆる「物理ベース」のシェーディング機能すべてで使用されています。それに物理的な基盤があれば、知りたいのですが。

私が見つけることができたのはいくつかの理由です：

それは速いです -これについてはさまざまな情報がありますが、それでも1998年には大きな理由だったでしょう。

これは90度よりも高い角度をより適切に処理します。これが唯一の理由である限り、フォンの用語が不適切に使用されているためです。反射とビューのドット積は、-1〜+1の角度を与えます。通常、この角度は0〜1に固定されており、これが90度問題の直接的な原因です。角度を固定するのではなく再正規化すると、180度の完全なカバレッジが得られます。私は、単純なx * 0.5 + 0.5の操作がグラフィックスの世界を40年間逃げていたとは信じません。

エッジをより適切に処理します -エッジの「問題」もblinnソリューションにわずかに存在します。主な原因は、ターミネーターでのエリア照明の不適切なシミュレーションです。これは、「物理ベースの」シェーダーに不可欠です。しかし、より単純な状況でも、シグモイド関数はソフトターミネーターラインを正しく近似できます。ランバート項への乗算は、鏡面反射項を不適切に減衰させるため不正確です。これにより、フレネル項がキャンセルされ、さらなるエラーが発生する可能性があります。

エッジに長い反射があります -異方性反射は現実的かもしれませんが、blinnはエッジにのみ表示されるため、それらを実装する正しい方法ではないようです。H項のエラーが偶然現実的に見えるのは、単なる幸せな偶然です。

これらの理由はどれも満足のいくものではありません。この狂気を整理したいと思います。

私はブリンとフォンの話ではないのですということを明確にしたい、特に、代わりにこれらのシェーダだけでなく、他の人のための基礎として使用されているベクトル成分HとR、程度。

完全に反射する表面には、Phongモデルが理にかなっています。しかし、より粗い表面を近似するためのフォンモデルの（RV）^ nのnはどこから来るのでしょうか？ドット積の結果を累乗する必要があるという理論は、経験的に適切な結果を与えるように見えることを除いてどこにありますか？

Blinnモデルには、方程式のすべてのコンポーネントをサポートする物理ベースのマイクロファセット理論があり、モデルが実際の表面をより厳密に（完全ではないが）近似するという経験的証拠もあります。Blinnモデルのハーフベクトルは、正規分布関数（NDF）への入力として使用されます。これは、表面粗さの関数として表面法線の周りにマイクロファセットが分布する方法の近似です。つまり、Hベクトルが法線方向を指す場合、ほとんどのマイクロファセットはその方​​向を指すため、値は最高になり、法線とHベクトルの間の角度が大きくなると、確率はそれに応じて減少します。

ただし、Blinnモデルは決して完璧ではなく、たとえば、マイクロファセットモデルのジオメトリ用語を考慮していません（つまり、グレージング角度で重要度が増加するマイクロファセットのシャドーイングとマスキング）。

実際、BlinnがPhongよりもデフォルトである理由をあなた自身がリストしたと思います。

あなたがそこに挙げたそれぞれの理由は、実際、ブリンがフォンよりも優れていることが証明されている領域です。

全体として考えると、これらはすべて、BlinnがPhongよりも優れたデフォルトであることにつながります。

ブリンは完璧ですか？Phongよりも良いですか？

いや

しかし、これは妥当なデフォルトです。作成したレンダラー/シェーダーで、Blinnの代わりにPhongを使用してください。

Hベクトルが使用される理由を発見しました。残念ながら、ほとんどのシェーディングモデルで使用される方法ではありません。

物理ベースのシェーディングでは、反射光はフレネル方程式に従う必要があります。（ほとんどの「物理ベースの」シェーダーはそうではありません）マイクロファセットはフレネル方程式に従う必要があります。

反射の法則によれば、入射角は、表面の法線に沿った反射角とミラーリングする必要があります。光線がカメラに当たったためには-光線が反射したに違いない-方向を知っている必要があります。したがって、表面の法線はこれら2つの方向のミラー軸でなければなりません。これにより、それらの間にある半分のベクトルHが得られます。両方の合計を正規化して計算されます。

ここで、光の方向Lと半ベクトルHの間の角度を計算することにより、マイクロファセットの鏡面反射の入射角を取得し、フレネル項を使用して正確に減衰させることができます。

ビュー方向はそのマイクロファセットのRに等しく、Hは反射項ではないことに注意してください。Blinn、Cook、Torrance、およびSparrowはそれを吸うことができます。フォンとフレネルは正しかった。