A Physically-Based Reflectance Model Combining Reflection and Diffraction

Reflectance properties express how objects in a virtual scene interact with light; they control the appearance of the object: whether it looks shiny or not, whether it has a metallic or plastic appearance. Having a good reflectance model is essential for the production of photorealistic pictures. Measured reflectance functions provide high realism at the expense of memory cost. Parametric models are compact, but finding the right parameters to approximate measured reflectance can be difficult. Most parametric models use a model of the surface micro-geometry to predict the reflectance at the macroscopic level. In this paper, we show that this micro-geometry causes two different physical phenomena: reflection and diffraction. Their relative importance is connected to the surface roughness. Taking both phenomena into account, we develop a new reflectance model that is compact, based on physical properties and provides a good approximation of measured reflectance. Key-words: Appearance, material, Reflectance, BRDF, Measured materials, Diffraction * Inria ; Univ. Grenoble Alpes, LJK ; CNRS, LJK † CNRS–LP2N, Univ. Bordeaux, IOGS; Inria Un modèle de réflectance combinant diffraction et réflexion Résumé : Les propriétés de réflexion expriment la façon dont les objets interagissent avec la lumière dans les scènes virtuelles. Elles contrôlent l’apparence de l’objet: s’il apparaît brillant ou non; son aspect métallique ou plastique ? Le modèle de réflexion (BRDF) est primordial afin d’obtenir des images photo-réalistes. Les modèles de réflexion mesurés fournissent un haut degré de réalisme au détriment du coût mémoire. Les modèles paramétrés sont compacts mais il reste difficile de trouver les bonnes valeurs des paramètres à partir des réflectances mesurées. Dans ce rapport de recherche, nous montrons que deux phénomènes physiques sont présents dans les mesures de réflexion : la réflexion à proprement parler auquel s’ajoute le phénomène de diffraction. En prenant les deux en compte nous présentons un modèle de BRDF fournit une très bonne approximation des mesures tout en restant compact en mémoire. Les artistes peuvent modifier les paramètres du modèle qui sont reliés aux propriétés de la surface afin de créer de nouveau matériaux. Mots-clés : Modèles de matériaux, simulation de l’éclairage, réflectance, diffraction A Physically-Based Reflectance Model Combining Reflection and Diffraction 3 Our model Reference Difference (sMAPE) Scale