We present macrofacet theory, taking microfacet theory from micro-space to macro-space by stretching a surface to a volume to make it have microfacet characteristic in marco-space. In this way, we have a macroscopic microfacet formulation that uses a classic exponential participating medium. Meanwhile, we observe that traditional microfacet models are equivalent to Gaussian processes in definition but ignore the correlation along the geometric normal of macro-surface. We extend microfacet theory so that macrofacet can handle this problem and represent Gaussian process implicit surfaces in a statistical way. As a result, our approach converts Gaussian process implicit surfaces into classic exponential media to render surfaces, volumes and in-betweens without realization. These enable efficient rendering with performance improvement compared to realization-based approaches, while bridging microfacet models and Gaussian processes theoretically. Moreover, our approach is easy to implement and friendly for artists.


翻译:本文提出宏观面元理论,通过将表面拉伸为体积使其在宏观空间呈现微观面元特性,从而将微观面元理论从微观空间拓展至宏观空间。由此我们建立了采用经典指数参与介质的宏观微观面元表达形式。同时,我们观察到传统微观面元模型在定义上等价于高斯过程,但忽略了沿宏观表面几何法线的相关性。我们扩展了微观面元理论,使宏观面元能够处理该问题并以统计方式表征高斯过程隐式表面。因此,我们的方法将高斯过程隐式表面转化为经典指数介质,无需具体实现即可渲染表面、体积及其过渡状态。相较于基于具体实现的方法,本方法在提升渲染性能的同时实现了高效绘制,并在理论上建立了微观面元模型与高斯过程之间的桥梁。此外,该方法易于实现且对艺术创作者友好。

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高斯过程(Gaussian Process, GP)是概率论和数理统计中随机过程(stochastic process)的一种,是一系列服从正态分布的随机变量(random variable)在一指数集(index set)内的组合。 高斯过程中任意随机变量的线性组合都服从正态分布,每个有限维分布都是联合正态分布,且其本身在连续指数集上的概率密度函数即是所有随机变量的高斯测度,因此被视为联合正态分布的无限维广义延伸。高斯过程由其数学期望和协方差函数完全决定,并继承了正态分布的诸多性质
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