如何評價Vray新加入的GGX BRDF？

12-14

VRay 3.1之後新加入了GGX BRDF，與原來的Phong，Blinn和Ward相比，它的優勢在哪裡？劣勢在哪裡？GGX是更適合於金屬玻璃等反射率高的材質，還是說它是一種泛用型BRDF，Everything gets Better With it？它在行業中的總體應用情況如何？

--------------------------------

刪掉了一部分問題補充，因為發現補充內容有些局限不利於開放討論問題。還望大家沒有拘束的各抒己見。

多謝

這幾年BRDF發展的趨勢就是physically-based，而且都用同樣的框架，Cook-Torrance microfacet
$f(mathbf {l}, mathbf {v}) = frac {D(mathbf{h})F(mathbf{v}, mathbf{h})G(mathbf{l}, mathbf{v}, mathbf{h})}{4(mathbf{n} cdot mathbf{l})(mathbf{n} cdot mathbf{v})}$

F是fresnel項，基本都被統一成schlick的近似
$F_{schlick}(mathbf{v}, mathbf{h})=mathbf{c_{spec}}+(1-mathbf{c_{spec}})(1-(mathbf{v} cdot mathbf{h})^5)$
(還可以進一步用spherical gaussian近似，我就不列公式了）

之前的各個所謂BRDF，都可以表達成這個框架下的D或G的組合。

Blinn-Phong，簡單快速，各向同性，表達能力有限
$D(mathbf{m})=frac{alpha+2}{2pi}cos^alpha(delta)$
$G(mathbf{l}, mathbf{v}, mathbf{n})=(mathbf{n} cdot mathbf{l})(mathbf{n} cdot mathbf{v})$

Cook-Torrance，複雜一些，各向同性，可以較好地表達真實材質
$D(mathbf{m})=frac{1}{pieta^2cos^4(delta)}e^{-frac{tan^2(delta)}{eta^2}}$
$G(mathbf{l}, mathbf{v}, mathbf{n})=minleft{1, frac {2(mathbf{n} cdot mathbf{h})(mathbf{n} cdot mathbf{v})} {mathbf{v} cdot mathbf{h}}, frac {2(mathbf{n} cdot mathbf{h})(mathbf{n} cdot mathbf{l})} {mathbf{v} cdot mathbf{h}} ight}$

Ward，複雜一些，支持各向異性
$D(mathbf{m})=frac{1}{pi alpha^2}e^{-frac{tan^2(delta)}{alpha^2}}$
$G(mathbf{l}, mathbf{v}, mathbf{n})=sqrt{(mathbf{n} cdot mathbf{l})(mathbf{n} cdot mathbf{v})}$

GGX也不例外
$D(mathbf{m})=frac{alpha^2}{pi((mathbf{n} cdot mathbf{m})^2(alpha^2-1)+1)^2}$
還有個支持各向異性的版本，公式太複雜我就不打了。

GGX來自於 http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/burley/s2012_pbs_disney_brdf_notes_v3.pdf ，表達能力也很強，而且有個暈的效果。以前得通過多個BRDF疊加，才能產生這樣的效果，現在只要一個。

直觀來說GGX最大的特點就是高光周圍有很漂亮的拖尾效果
請看現實世界中的高光反射

從真實拍攝的照片可以看出，高光反射部分呈現出中間小區域亮度極高，周圍有一圈拖尾效果

GGX最重要的地方就是捕捉到了這種視覺現象，所謂Everything gets Better With it也是指這一點

可以與GGX之前常用的Beckmann分布做比較
紅色的是Beckmann分布，綠色的是GGX分布

Beckmann分布基本來自於高斯正態分布，所以頂部比較平滑，到邊緣的過度也比較短
GGX分布有個尖銳的頂部和更寬的分布

和真實採集數據作比較可以看出綠色GGX的吻合度也很高
但GGX也絕對沒有達到完全吻合，只是做到了捕捉到了某方面的光學特性，更接近真實的分布可能沒法用GGX這種簡單的梯度空間函數表達最後另說一下，Vray實現的GGX還有一個tail參數可以調節拖尾的強度，對藝術表現更有幫助
具體可以參看Grant Warwick的Mastering Vray系列教程

有看Mastering VRay,鋼鐵俠材質不再需要用層來疊了，車漆材質實現方便了許多。

GGX是Microfacet 模型中一種NDF。

http://blog.selfshadow.com/publications/s2012-shading-course/hoffman/s2012_pbs_physics_math_notes.pdf
這篇文章中從BRDF到microfacet模型到NDF的選擇都有介紹。

其中NDF的部分介紹了Phong、Beckmann、GGX等很多形式的NDF，並給出不同參數下函數圖像對比。最後還介紹了他們之間的轉換關係（比如通過控制GGX的參數來近似Phong等）。

文刀秋二的文章，講得很詳細。

Behind the Pixels - 基於物理著色（一）（分享自知乎網）http://zhuanlan.zhihu.com/p/20091064?f3fb8ead20=44d0e4ef145790c113921ea174da514f

GGX相比Beckmann和Phong有更強的拖尾也因此趨於有更多的陰影。