单散射微面BSDF模型中的能量损失补偿

Walter等人针对粗糙介电表面的单散射基于微面的表面模型（例如原始的Torrance-Sparrow BRDF）或派生模型（例如BSDF）。忽略微面之间的光的相互反射，这会导致能量损失，尤其是在较高的粗糙度值下会导致变暗。

使用炉子测试可以轻松地证明问题所在。下图显示了我使用Smith模型和GGX分布实现的导电微刻面BRDF的行为，其粗糙度参数为0.2到1.0（此处故意将菲涅耳系数设置为1，以使问题更容易看到）：







使用Smith模型和GGX对粗电介质（IoR 1.51）BSDF进行炉膛测试粗糙度参数从0.2到1.0的微面分布：






等最近刚刚提出了一种多重散射模型，该模型可以通过完全解决光的相互作用来解决变暗问题，但是由于Heitz自己在LuxRender论坛中提到的评估程序的随机性，因此存在性能问题。

是否有已知的补偿方法来恢复单散射模型的能量损失？不一定物理上正确，但至少不会破坏物理上的合理性（亥姆霍兹互惠性和能量守恒），并且理想情况下不需要手动调整参数。

在迪士尼BSDF中，存在参数设置可以用来补偿边缘变暗的“光泽”成分（基本上是基于菲涅耳的光泽叶），但是正如他们在Siggraph 2015课程中提到的那样，它是非常特殊的方法：


“ ...这非常近似，不适用于其他
粗糙度值...”


前面提到的LuxRender论坛中Eric Heitz的评论还建议使用一些补偿技巧，但是，不幸的是，它没有涉及任何细节：改进单个散射模型（例如调整反照率）中的能量节省。但是，如果这样做，就不能获得完美的节能材料（例如，完美的白色毛坯玻璃）而不破坏BSDF的可逆性。