图形学笔记（十六）渲染的高级问题 —— BDPT、MLT、光子映射、VCM、IR、散射介质、毛发材质（双圆柱模型）、次表面散射、布料渲染 文章目录 1 Field of View（FOV）视场 1.1 焦距（Focal length）对视场（FOV）的影响 1.2 传感器大小对视场的影响 2 Exposure 曝光 2.1 曝光的影响因素 2.2 ISO（gain） 2.3 F-Number(F-Stop):Exposure Levels 2.4 Physical Shutter 快门 2.5 F-Stop vs Speed 2.6 高速和延时摄影 3 Thin Lens Approximation 薄透镜近似 3.1 Ideal Thin Lens - Focal Point 理想化薄透镜 3.2 The Thin Lens Equation 薄透镜公式 3.3 Defocus Blur 3.3.1 Computing Cicle of Confusion(CoC) Size 3.3.2 Ray Tracing Ideal Thin Lenses 3.3.3 Depth of Field 景深 Pinhole Image Formation 针孔相机成像 1 Field of View（FOV）视场 视场用来描述拍摄的范围，以下是小孔成像的FOV示意图。 F O V = 2 a r c t a n ( h 2 f ) FOV=2 arctan(\frac{h}{2f}) FOV=2arctan(2fh) h：高度，f：焦距。 1.1 焦距（Focal length）对视场（FOV）的影响 当传感器大小一定时，FOV随着焦距增加而减少。 通常在定义视场时，用以35mm-format film( 36 × 24 m m 36\times24mm 36×24mm)为基准的焦距定义，下面时例子。 17mm is wide angle 104° 50mm is a “normal” lens 47° 200mm is telephoto lens 12° 1.2 传感器大小对视场的影响 通常，相机（传感器）越大，镜头（焦距）越长越好。 2 Exposure 曝光 照相考虑的不是单位时间，而是总体时间。 H = T × E H = T\times E H=T×E E x p o s u r e = t i m e × i r r a d i a n c e Exposure = time\times irradiance Exposure=time×irradiance T（曝光时间）由快门（shuttle）控制 E（Irradiance）由传感器上一个单位区域接收光的能量和镜头的光圈（aperture）和焦距控制。 2.1 曝光的影响因素 Aperture size：通过打开和关闭apeture改变f-stop。 Shuttle speed：改变sensors的曝光时间即每个像素接收光的时间，快门越快曝光越少 ISO gain（感光度）：更改传感器值和数字图像值之间的倍率（模拟和/或数字）。 2.2 ISO（gain） ISO 是exposure的第三个变量，简单放大ISO信号的同时会方法噪声。 Film：权衡对细粒（grain）的敏感度。 Digital：权衡对噪声的敏感度。 在模拟到数字的转换前乘以信号。 线性作用（ISO 200需要的光是ISO 100的一半） 2.3 F-Number(F-Stop):Exposure Levels 写作 FN或F/N，N就是f-number。 简单理解为光圈的直径的倒数。 正式定义：镜头的f-number是焦距除以光圈的直径。 F-Stop 的计算 2.4 Physical Shutter 快门 快门可以用于调节曝光度。 运动模糊（Motion blur） 比如handshake，subject movement，由于快门打开有时间会拍摄到一段运动。 两倍的快门时间意味着两倍的运动模糊。 运动模糊不一定是坏事，从人的感知角度它可以形容速度快从采样角度，它也可以进行反走样。 Rolling shutter 图像上的不同位置可能会记录不同时间进入的光（会造成扭曲）。 2.5 F-Stop vs Speed 下面的曝光效果相同的。其中F-Stop是光圈的直径分之一，Shutter是快门时间。 Photographers 必须权衡景深和运动物体的运动模糊。