BSDF数据交互文件的格式规定

本文描述BSDF散射模型所需的BSDF数据交换文件格式。该模型用于在非序列表面上应用由BSDF数据表提供的散射分布。

作者 Ron Rykowski

简介

BSDF数据交互文件格式是一种传输BSDF数据的紧凑、简单的方式。辐射视觉系统(Radiant Vision Systems)开发的成像球(IS-SA)等设备可以在一次测量中提供完整半球的BSDF数据,因此需要导出该数据的方法,以便直接用于光学设计程序(如OpticStudio)。

这种文件格式被BSDF散射模型所采用,在“如何使用表格BSDF数据定义表面散射分布”一文中描述了该模型。该模型使用输入文件中提供的BSDF数据生成一个散射分布,该分布可以应用于OpticStudio中的任何非序列表面。

坐标系定义

光从一个表面散射的结果主要通过四个重要的角度来描述,它们按照重要程度定义如下:

  • 样本取向(枚举标签:SampleRotation)

  • 入射角(枚举标签:angleofinincident)

  • 散射方位角(枚举标签:ScatterAzimuth)

  • 散射径向角(枚举标签:ScatterRadial)

四个角度的顺序是非常重要的:对于每个样本取向,你可以有多个入射角的数据;对于每个入射角,你可以有多个方位角的数据依此类推。

Layout_1.jpg

Layout_2.png

Layout_3.png

图1所示。四个BSDF角对传播散射数据很重要。注意,散射径向角和散射方位角是相对于BRDF的镜面反射角定义的。这样,必须报告的值的数量就减少了,特别是对于大多数镜面样本。对于BTDF,散射径向角和散射方位角是相对于直接透射角定义的。

散射方位角和散射径向角是相对于镜面反射的角度定义的。通过这种方式,必须报告的数据量(特别是对于大多数高反射光源)可以大大减少。在镜面反射角度处定义径向0°,径向角不断增大,向外延伸。方位角0°定义为从镜面反射角度指向与样品垂直的轴,方位角以逆时针方向增加。由于IS-SA的照度轴没有在0°方位角处定义,因此来自辐射视觉系统IS-SA的数据经过旋转变换来匹配该坐标系。

Transformation_about_point_of_specular_reflection.jpg

图2.关于镜面反射点的变换。上面的图像显示了一个30°角的样本的原始半球数据。下面的图像显示了转换后的数据,以镜面反射点为中心。注意,数据旋转后显示。在这种格式中,方位角0°被定义为沿着照明轴,但标准成像球坐标系(用于显示此转换)将方位角0°定义为垂直于照明轴,如顶部图像所示。

文件格式的定义

BSDF数据交换文件只是一个带有*.BSDF扩展的格式化文本文件。下面是一个表,列出了文件的每个文本和数据行以及可能的值。

行数 #

 描述

 值

 #

<注释>

<任何以#开头的行都会作为注释被忽略>

 1

Source

Measured

 2

Symmetry

PlaneSymmetrical Asymmetrical Asymmetrical4D

 3

SpectralContent

Monochrome XYZ

 4

ScatterType

BRDF BTDF

 5

SampleRotation

<number of different sample rotations>

 6

<enum>

<enumeration of sample rotations>

 7

AngleOfIncidence

<number of different angles of incidence>

 8

<enum>

<enumeration of angles of incidence>

 9

ScatterAzimuth

<number of different azimuth angles>

 10

<enum>

<enumeration of azimuth angles>

 11

ScatterRadial

<number of different radial angles>

 12

<enum>

<enumeration of radial angles>

 13

<empty line>

 

 14

<SpectralContent indicator

Monochrome Tristimulus<XYZ>

 15

DataBegin

<Begin Data>

 16+

<enum>

<enumeration of scatter data for all angles>

 17

DataEnd

<End Data>

表1.BSDF数据交换格式的逐行描述。更改一些变量设置可能会影响枚举格式。具体细节请参见格式说明。

使用内置的样本文件BrownVinyl.BSDF为例,我们会把它标注在下面。

Note.png

格式类型解释

  1. 目前Source变量只有一个选项:Measured
  2. 对称变量有三个选项:PlaneSymmetrical, ASymmetrical, ASymmetrical4D
    PlaneSymmetrical
    由于测量数据与测量的照度轴对称,因此只报告180°方位数据。对具有平面对称性的各向同性样品使用此设置。
    Asymmetrical
    测量数据不对称,没有样品旋转。360°方位数据全部报告。用于各向同性样品(只有一个样品旋转轴)。
    ASymmetrical4D测量数据不存在对称性,包括样本旋转。报告所有360° 方位角数据。将此用于各向异性样本(多个样本旋转)。
  3. SpectralContent 变量有两个选项:Monochrome、XYZ
    目前,Radiant Vision Systems的IS-SA不测量完整的光谱内容,而只测量三刺激数据。单色与三刺激Y(明视)相同。
    Monochrome
    DataBegin和DataEnd之间只有一组枚举数据。该组由DataBegin行上方的添加行标记(表1中的第14行)。
    XYZ
    将有三组散射数据,用于每个三刺激值。每个组由DataBegin行上方的添加行标记(表1中的第14行)。
    注意在本文中,我们解释了CIE三色值XYZ的BSDF数据格式。但是,OpticStudio目前不支持具有CIE三色值的BSDF数据的散射模型。如果您在系统中加载具有CIE三色值XYZ的BSDF数据,则将仅使用Y组值。
  4. ScatterType变量有两个选项:BRDF、BTDF
    BRDF
    报告的数据采用BRDF单位。定义坐标系,使径向0° 对应于镜面反射的角度。
    BTDF
    报告的数据采用BTDF单位。定义坐标系,使径向0° 对应于直接传播的角度。

5-12.总值(第 5、7、9、11 行):

所有总值均以正整数表示(不允许小数点)。

样品旋转次数或入射角没有上限。

方位角的上限由Symmetry变量定义(PlaneSymmetrical为180°,ASymmetrical和ASymmetrical4D为360°)。

径向角的总体上限为180°。

枚举值(第 6、8、10、12 行):

所有枚举值都是正数。

枚举值的数量必须与上一行中的总值相匹配。

枚举值不必均匀分布(请参阅下一节中的示例格式;ScatterRadial和ScatterAzimuth枚举不是均匀分布的)。但是,每个数据行必须在该行的最后一个枚举值的末尾终止(即,数据行的末尾不应有额外的空格或制表符)。

  1. DataBegin和DataEnd语句围绕着每一组大数据。在给定入射角的每个散射数据块之前是总积分散射的值。该值位于单独的行上,前面有“TIS”。该值是一个分数,因此0.500的值表示50%的光被散射,其余的在BRDF的情况下被吸收或透射。

在TIS值之后,使用表示每个ScatterAzimuth行的ScatterRadial值的列枚举Scatter数据。这些行按组进行组织。首先,为每个AngleOfIncidence报告ScatterAzimuth值。每个包含各种ScatterAzimuth行的AngleOfIncidence的数据随后按以下行报告。然后通过附加更多行来报告每个SampleRotation的数据,其中包含各种AngleOfIncidence组。

散射数据的枚举格式根据为SpectralContent变量选择的设置而变化。如果SpectralContent变量设置为Monochrome,则格式将显示为下一节中的图3和图4。如果SpectralContent变量设置为XYZ,则有两个额外的DataBegin和DataEnd语句行,每个DataBegin行上方都有一个额外的标签行,用其关联的三刺激值标记数据组。 请参见下一节中的图 5。

BSDF数据交互格式示例

Monochrome

#Data Generated by Radiant Zemax' 'Imaging Sphere'

#6/1/2007 11:30:46 AM

#Name: Ron

#Model #: BTDF of matte sample

Source  Measured

Symmetry  PlaneSymmetrical

SpectralContent  Monochrome

ScatterType  BRDF

SampleRotation 1

0

AngleOfIncidence  6

0    10    20    30    45    60

ScatterAzimuth 5

0    30    60    90    180

ScatterRadial 15

0    1    2    3.5    5    6.7    8    13.1 ...

Monochrome

DataBegin

TIS 0.72

3.689E+00         3.575E+00         2.907E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.108E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.044E+00 ...

3.689E+00         3.511E+00         3.143E+00 ...

3.689E+00         3.313E+00         2.905E+00 ...

TIS 0.70

3.605E+00         3.491E+00         2.778E+00 ...

3.605E+00         3.444E+00         2.968E+00 ...

3.605E+00         3.444E+00         2.874E+00 ...

3.605E+00         3.316E+00         2.955E+00 ...

3.605E+00         3.206E+00         2.825E+00 ...

TIS 0.61

3.154E+00         3.059E+00         2.455E+00 ...

3.154E+00         2.924E+00         2.472E+00 ...

3.154E+00         2.924E+00         2.374E+00 ...

3.154E+00         2.768E+00         2.454E+00 ...

3.154E+00         2.892E+00         2.615E+00 ...

TIS 0.49

2.508E+00         2.453E+00         2.040E+00 ...

2.508E+00         2.341E+00         2.014E+00 ...

2.508E+00         2.341E+00         1.925E+00 ...

2.508E+00         2.203E+00         1.976E+00 ...

2.508E+00         2.311E+00         2.121E+00 ...

TIS 0.27

1.391E+00         1.362E+00         1.186E+00 ...

1.391E+00         1.351E+00         1.228E+00 ...

1.391E+00         1.351E+00         1.203E+00 ...

1.391E+00         1.324E+00         1.233E+00 ...

1.391E+00         1.323E+00         1.255E+00 ...

TIS 0.10

5.262E-01         5.333E-01         5.332E-01 ...

5.262E-01         5.295E-01         5.196E-01 ...

5.262E-01         5.295E-01         4.988E-01 ...

5.262E-01         5.122E-01         4.955E-01 ...

5.262E-01         5.070E-01         4.962E-01 ...

DataEnd

图 3:Photopic(Monochrome)数据格式示例。只有一个连续的数据组,以及一个DataBegin和DataEnd语句。此示例仅包含一个样本旋转的数据。如果有多个样本旋转,则数据组将在最后一个数据行之后但在DataEnd语句之前有额外的数据行。

#Data Generated by Radiant Imaging's 'Imaging Sphere'

#6/1/2007 11:30:46 AM

#Name: Ron

#Model #: BTDF of matte sample

Source  Measured

Symmetry  PlaneSymmetrical

SpectralContent  Monochrome

ScatterType  BRDF

SampleRotation 1

0

AngleOfIncidence  6

0    10    20    30    45    60

ScatterAzimuth 5

0    30    60    90    180

ScatterRadial 15

0    1    2    3.5    5    6.7    8    13.1 ...

Monochrome

DataBegin                        Rad 1     Rad 2        ...

TIS 0.72

3.689E+00    Az 0      3.575E+00         2.907E+00 ...

3.689E+00    Az 30    3.585E+00         3.108E+00 ...

3.689E+00       .        3.585E+00         3.044E+00 ...    Inc 0

3.689E+00       .        3.511E+00         3.143E+00 ...

3.689E+00    Az 180  3.313E+00         2.905E+00 ...

TIS 0.70

3.605E+00          3.491E+00         2.778E+00 ...

3.605E+00          3.444E+00         2.968E+00 ...

3.605E+00          3.444E+00         2.874E+00 ...   Inc 10

3.605E+00          3.316E+00         2.955E+00 ...

3.605E+00          3.206E+00         2.825E+00 ...

TIS 0.61

3.154E+00          3.059E+00         2.455E+00 ...

3.154E+00          2.924E+00         2.472E+00 ...

3.154E+00          2.924E+00         2.374E+00 ...       .

3.154E+00          2.768E+00         2.454E+00 ...

3.154E+00          2.892E+00         2.615E+00 ...

TIS 0.49

2.508E+00          2.453E+00         2.040E+00 ...

2.508E+00          2.341E+00         2.014E+00 ...

2.508E+00          2.341E+00         1.925E+00 ...       .

2.508E+00          2.203E+00         1.976E+00 ...

2.508E+00          2.311E+00         2.121E+00 ...

TIS 0.27

1.391E+00          1.362E+00         1.186E+00 ...

1.391E+00          1.351E+00         1.228E+00 ...

1.391E+00          1.351E+00         1.203E+00 ...        .

1.391E+00          1.324E+00         1.233E+00 ...

1.391E+00          1.323E+00         1.255E+00 ...

TIS 0.10

5.262E-01          5.333E-01         5.332E-01 ...

5.262E-01          5.295E-01         5.196E-01 ...

5.262E-01          5.295E-01         4.988E-01 ...   Inc 60

5.262E-01          5.122E-01         4.955E-01 ...

5.262E-01          5.070E-01         4.962E-01 ...

DataEnd

图 4:Photopic(Monochrome)数据格式的图解示例。 只有一个连续的数据组,以及一个DataBegin和DataEnd语句。该图以图形方式显示了入射角组、方位角组和径向角列的位置(显示了 15 个总列中的 3 个)。 此示例仅包含一个样本旋转的数据。如果有多个样本旋转,则数据组将在最后一个数据行之后但在DataEnd语句之前有额外的数据行。

#Data Generated by Radiant Imaging's 'Imaging Sphere'

#6/1/2007 11:30:46 AM

#Name: Ron

#Model #: BTDF of matte sample

Source  Measured

Symmetry  PlaneSymmetrical

SpectralContent  XYZ

ScatterType  BRDF

SampleRotation 1

0

AngleOfIncidence  6

0    10    20    30    45    60

ScatterAzimuth 5

0    30    60    90    180

ScatterRadial 15

0    1    2    3.5    5    6.7    8    13.1 ...

TristimulusX

DataBegin

TIS 0.72

3.689E+00         3.575E+00         2.907E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.108E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.044E+00 ...

3.689E+00         3.511E+00         3.143E+00 ...

3.689E+00         3.313E+00         2.905E+00 ...

TIS 0.70

3.605E+00         3.491E+00         2.778E+00 ...

3.605E+00         3.444E+00         2.968E+00 ...

3.605E+00         3.444E+00         2.874E+00 ...

3.605E+00         3.316E+00         2.955E+00 ...

3.605E+00         3.206E+00         2.825E+00 ...

TIS 0.61

3.154E+00         3.059E+00         2.455E+00 ...

3.154E+00         2.924E+00         2.472E+00 ...

3.154E+00         2.924E+00         2.374E+00 ...

3.154E+00         2.768E+00         2.454E+00 ...

3.154E+00         2.892E+00         2.615E+00 ...

TIS 0.49

2.508E+00         2.453E+00         2.040E+00 ...

2.508E+00         2.341E+00         2.014E+00 ...

2.508E+00         2.341E+00         1.925E+00 ...

2.508E+00         2.203E+00         1.976E+00 ...

2.508E+00         2.311E+00         2.121E+00 ...

TIS 0.27

1.391E+00         1.362E+00         1.186E+00 ...

1.391E+00         1.351E+00         1.228E+00 ...

1.391E+00         1.351E+00         1.203E+00 ...

1.391E+00         1.324E+00         1.233E+00 ...

1.391E+00         1.323E+00         1.255E+00 ...

TIS 0.10

5.262E-01         5.333E-01         5.332E-01 ...

5.262E-01         5.295E-01         5.196E-01 ...

5.262E-01         5.295E-01         4.988E-01 ...

5.262E-01         5.122E-01         4.955E-01 ...

5.262E-01         5.070E-01         4.962E-01 ...

DataEnd




TristimulusY

DataBegin

TIS 0.72

3.689E+00         3.575E+00         2.907E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.108E+00 ...

3.689E+00         3.585E+00         3.044E+00 ...

3.689E+00         3.511E+00         3.143E+00 ...

图 5:Color(XYZ)数据格式示例。请注意,每个单独的Tristimulus值都有单独的DataBegin和DataEnd 语句。如果有多个样本旋转,每个Tristimulus 分组将在最后一个数据行之后但在 DataEnd 语句之前有额外的数据行。

KA-01372

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