Sheen从理论到实践

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光泽（Sheen）

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属性

类型	描述	必需
sheenColorFactor	线性空间中的光泽颜色。	否，默认值：[0.0, 0.0, 0.0]
sheenColorTexture	光泽颜色纹理（RGB，sRGB传输函数）。	否
sheenRoughnessFactor	光泽粗糙度。	否，默认值：0.0
sheenRoughnessTexture	光泽粗糙度alpha纹理。	否

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光泽计算

颜色和粗糙度

if (sheenColorTexture) {
    sheenColor = sheenColorFactor * sampleLinear(sheenColorTexture).rgb;
    sheenRoughness = sheenRoughnessFactor * sample(sheenRoughnessTexture).a;
} else {
    sheenColor = sheenColorFactor;
    sheenRoughness = sheenRoughnessFactor;
}

• 光泽模拟天鹅绒类材质的背向散射。

• 主要沿表面法线定向的微纤维产生镜面响应。

• sheenRoughness控制微纤维的发散：

  • 小粗糙度 → 锐利的掠射高光
  • 大粗糙度 → 平滑的掠射高光

• 粗糙度映射为：

r = sheenRoughness^2

• 光泽粗糙度与基础材质粗糙度独立。

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光泽BRDF

光泽BRDF基于微表面理论和Charlie分布（Conty & Kulla, 2017）。

光泽分布

alpha_g = sheenRoughness * sheenRoughness;
inv_r = 1 / alpha_g;
cos2h = NdotH * NdotH;
sin2h = 1 - cos2h;
sheen_distribution = (2 + inv_r) * pow(sin2h, inv_r * 0.5) / (2 * PI);

光泽可见性（Charlie）

float l(float x, float alpha_g) {
    float one_minus_alpha_sq = (1.0 - alpha_g) * (1.0 - alpha_g);
    float a = mix(21.5473, 25.3245, one_minus_alpha_sq);
    float b = mix(3.82987, 3.32435, one_minus_alpha_sq);
    float c = mix(0.19823, 0.16801, one_minus_alpha_sq);
    float d = mix(-1.97760, -1.27393, one_minus_alpha_sq);
    float e = mix(-4.32054, -4.85967, one_minus_alpha_sq);
    return a / (1.0 + b * pow(x, c)) + d * x + e;
}

float lambda_sheen(float cos_theta, float alpha_g) {
    return abs(cos_theta) < 0.5 ? exp(l(cos_theta, alpha_g)) : exp(2.0 * l(0.5, alpha_g) - l(1.0 - cos_theta, alpha_g));
}

sheen_visibility = 1.0 / ((1.0 + lambda_sheen(NdotV, alpha_g) + lambda_sheen(NdotL, alpha_g)) * (4.0 * NdotV * NdotL));

• 简化可见性（Ashikhmin & Premoze, 2007）：

sheen_visibility = 1 / (4 * (NdotL + NdotV - NdotL * NdotV));

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光泽分层

• 使用反照率缩放与基础材质结合（Conty & Kulla, 2017）。

float max3(vec3 v) { return max(max(v.x, v.y), v.z); }
sheen_albedo_scaling = min(1.0 - max3(sheenColor) * E(VdotN), 1.0 - max3(sheenColor) * E(LdotN));
sheen_material = sheenColor * sheen_brdf + material * sheen_albedo_scaling;

• 为了性能，可以跳过E(LdotN)：

sheen_albedo_scaling = 1.0 - max3(sheenColor) * E(VdotN);

• 缩放应用于直接和间接光照：

specular_direct *= sheen_albedo_scaling;
diffuse_direct *= sheen_albedo_scaling;
environment_irradiance_indirect *= sheen_albedo_scaling;
specular_environment_reflectance_indirect *= sheen_albedo_scaling;

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参考文献

• Westin, S. H., Arvo, J. R., Torrance, K. E. (1992): 从复杂表面预测反射函数，SIGGRAPH
• Conty Estevez, A., Kulla, C. (2017): 生产友好的微表面光泽BRDF，SIGGRAPH
• Ashikhmin, M., Premoze, S. (2007): 基于分布的BRDF
• Filament材质模型 - 布料模型
• Filament的cmgen工具
• Neubelt, D., Pettineo, M. (2013): 为The Order: 1886打造次世代材质管线，SIGGRAPH
• 企业PBR着色模型 - 光泽