microfacetmodellen

Microfacetmodellen zijn een familie van BRDF-modellen die in computergraphics worden gebruikt om reflectie van ruwe oppervlakken te beschrijven. Het uitgangspunt is dat een oppervlak bestaat uit ontelbare microscopische facetten die elk een kleine spiegelende richting hebben. De totale reflectie hangt af van hoe de normaalvectoren van deze facetten verdeeld zijn (de normal distribution function, D), van de schaduwing en maskering door elkaar (de geometrische term G) en van de Fresnel-term F die aangeeft hoeveel licht bij een bepaalde invalshoek daadwerkelijk wordt teruggekaatst.

Deze drie componenten worden gecombineerd in de speculaire BRDF. In veel formuleringen is f_r(l,v) = D(h) F(v,h) G(l,v) / (4 (n·l)(n·v)), waarbij h de halfway vector is tussen de invallende richting l en de kijkrichting v, en n de oppervlakte normaal. D bepaalt hoe microfacets zijn gericht; G modelleert het doorlaten en afdekken van facetjes; F beschrijft de hoekafhankelijke reflectie van het materiaal.

Beckmann en GGX (ook bekend als Trowbridge-Reitz) zijn populaire keuzes voor D. De parameter roughness regelt hoe breed de facetverdeling is; GGX geeft vaak realistischer glans bij hogere roughness en heeft langer decompositionele staarten in de BRDF.

Microfacetmodellen worden veel toegepast in physically based rendering (PBR) om materialen zoals metalen en glanzende polymeren realistisch af te beelden. Ze worden vaak gecombineerd met een losse diffuse component (Lambert of Oren-Nayar) om het geheel van diffuse en speculaire reflectie te beschrijven.

Beperkingen: de modellen beschrijven voornamelijk het speculaire gedrag en vereisen aannames over surface microstructuur. De parameters zijn doorgaans empirisch afgeleid en kunnen afhankelijk zijn van materiaal en lichtomstandigheden. Historisch ontstonden ze uit de Torrance–Sparrow en Cook–Torrance benaderingen uit de jaren 1980 en 1990.