En el artículo «An Introduction to BRDF-Based Lighting» de Chris Wynn en el año 2000, se exploran los conceptos fundamentales de la Función de Distribución Bidireccional de Reflectancia (BRDF) y su aplicación en técnicas de iluminación para gráficos por computadora. Con la llegada de GPUs modernas como GeForce 256 y GeForce2 GTS, se plantearon oportunidades para crear contenido 3D interactivo con alto realismo fotográfico. Uno de los elementos clave para lograr esta meta es el uso de BRDFs en la iluminación, ya que permiten una representación más precisa de cómo la luz interactúa con diversas superficies.
El artículo comienza explicando qué es un BRDF, describiendo cómo la luz interactúa con la materia de manera compleja según las características físicas de la luz y el material. Este tipo de función define cómo la luz es reflejada en diferentes direcciones cuando incide sobre una superficie. Un BRDF se describe en función de las direcciones entrante (de la luz) y saliente (del observador), además de la longitud de onda de la luz y la posición en la superficie.
Una de las propiedades esenciales de los BRDFs es la conservación de la energía, lo que implica que la cantidad total de luz reflejada no puede exceder la cantidad de luz incidente. Otra propiedad importante es la reciprocidad, que indica que el BRDF permanece inalterado si se invierten las direcciones de entrada y salida de la luz.
Para calcular la iluminación usando BRDFs, se emplea la ecuación de iluminación BRDF, que integra la luz reflejada en todas las direcciones incidentes. En gráficos interactivos, debido al alto costo computacional, generalmente se simplifica esta ecuación considerando un pequeño número de fuentes de luz puntuales en lugar de todo el hemisferio de direcciones incidentes.
El artículo también compara la ecuación de iluminación BRDF con el modelo de iluminación de Phong. Este último es una aproximación específica y computacionalmente conveniente que simula las propiedades de reflexión de algunos materiales con componentes difusas y especulares. No obstante, el modelo de Phong no siempre cumple con las leyes físicas de conservación de energía y reciprocidad, especialmente en simulaciones de iluminación global.
Existen dos enfoques principales para determinar los valores de un BRDF: modelos analíticos y datos adquiridos. Los modelos analíticos son funciones matemáticas que simulan la reflectancia de materiales específicos. Ejemplos de estos modelos incluyen el modelo de Cook-Torrance y el modelo modificado de Phong. Por otro lado, los datos adquiridos provienen de mediciones empíricas de superficies reales usando dispositivos como goniofotómetros, y permiten una reproducción más fiel de las propiedades reflectantes de materiales complejos que no pueden ser fácilmente modelados matemáticamente.
Finalmente, el artículo menciona que, aunque se han discutido conceptos y matemáticas básicas, técnicas prácticas para implementar la iluminación basada en BRDF en hardware de NVIDIA serían cubiertas en tutoriales futuros. En conclusión, entender los BRDFs y sus propiedades es crucial para desarrollar técnicas de iluminación que aumenten el realismo en gráficos por computadora y hagan un uso eficiente del hardware especializado disponible.
