翻译 SIGGRAPH 2010 Course: Physically-Based Shading Models in Film and Game Production中的Background: Physically-Based Shading (Naty Hoffman)，水平有限，请指正，当然看原文好得多。
在电影及游戏产品中的基于物理的着色模型
课程描述
以物理为背景的着色模型已经在这些年为我们所熟知，但是他们只是在最近
才被开始应用于电影及游戏产品中以取代原来的‘特定’模型。
‘特定’模型需要通过吃力的微调以达到高质量的画质，与它相比较，基于物理的，能量守恒的着色模型可以轻松的创建材质，这种材质可以在多种光照环境下都能得到很好的展示。这些优势可以应用于具有真实感及风格化的场景，以及游戏开发，还有CG动画及计算机VFX的产品中。
惊喜的是，基于物理的模型实现起来或者评价起来并非比‘特定’模型更加困难。
这个课程始于一段对光和物质交互的相关物理知识，以及这种交互是如何以简单的着色模型表示的简短解释。之后几位发言者将会讨论着色模型被应用于电影及游戏产品中的特定实例。在每种情况中，新的模型其优势被展示无余，但是其劣势或者问题也随之会被讨论。这个课程同样还包括了产品中与基于物理着色相关的特定技术的描述。
背景知识 -- 基于物理的着色
by Naty Hoffman
这一节中，我们将回顾在基于物理着色模型背后的基础理论知识，开始于一段对其基本物理的定性描述，随之是对其相关数学模型的定量描述，最后讨论怎样将这些数学模型应用于着色上。
一、着色的物理 （ The Physics of Shading ）
基本着色的物理现象与光和物质之间的交互相关联。为了理解这些现象，了解光的本质是很有帮助的。
光是一种电磁横波(光学)，表示其在垂直于其传播方向的方向上存在振动，请看图1。
因为光是一种波，它被其波长所表征，波长是波峰到波峰之间的距离。电磁波长覆盖一个很宽泛的范围，但是只有一个微小的部分[大约400到700纳米]是被人所可见的，因此这段范围是着色所感兴趣的范围，请看图2。
物质在光的影响下其效果是通过一个称为折射率的属性所定义的。折射率是一个复数，它的实数部分表示该物质如何影响光的速度（使其速度相对光在真空中的速度降低），而虚数部分决定了光在其传播过程中是否被吸收（被转换为其他形式的能量），折射率可随着光波长的不同而不同。
均匀介质 （Homogeneous Media）
光和物质之间的交互其最简单的情况是光在一种均匀介质中传播。这是一个物质区间，该区间有着均匀的折射率（在光的波长范围内，在可见光的情况下，这表示任何远远小于100纳米的变化可以忽略不计）。
在一种透明介质中，其折射率的虚数部分对于可见光波长来说非常小，这表示吸收非常少，并且任何在该介质中传播的光只是保持沿着一条直线传播，没有方向上的变化。透明介质的实例包括水和玻璃，请看图3。
如果一种均匀介质确实对于可见光谱有着很大的吸收能力，它就会吸收在其中传播的一部分光能量。光在其中传播得越远，那么被吸收得越多。但是，光的传播方向仍然不会改变，改变的只是其强度（并且，如果吸收能力对于特定可见波长有其选择性的话，则颜色也会改变），请看图4。
注意，与介质的吸收率一样，距离范围[scale]也会对吸收产生影响。比如，水实际上对可见光，特别是光谱的红色端部，吸收得很少。如果只是在一英尺的范围内，该吸收可以忽略不计，就像图3中所示，但是如果在多个英尺距离范围内，则吸收会是很大的，请看图5。
散播（ Scattering ）
在均匀介质中，光总是沿着一条直线方向持续传播，不会改变其方向（虽然其强度会被吸收所减少)。而一种异质介质有着不同的折射率。如果折射率改变得很慢并且持续的改变，那么光将以一种曲线的方式发生弯曲。但是，如果折射率在一个短的距离范围内（与光的波长相比较）发生了突然的改变，那么光将会发生散播，其传播方向被分割为多个方向。注意，散播并不会改变其总的光强度。 微观粒子会引起一种分离’岛'，折射率在这里会和周遭区域发生不同。这就导致光在所有可能的传出方向上持续散播（请看图6）。注意，散播的光在不同方向上的分布在典型情况下并非均匀的，而是取决于粒子的类型。有些粒子类型会导致前向散播（更多的光沿着前向传播）,有些粒子则会导致背向散播(更多的光沿着与原来方向相反的方向传播),有些则有着复杂的分布会在特定方向上传播更多。
在一种比较浑浊的介质中，散播元素的密度足够引起一些随机的光传播方向(请看图7)。在半透明介质或者不透明介质中，散播元素的密度是如此之高，以至于光方向完完全全的随机化了(请看图8)。
和吸收相同，散播取决于距离范围，一种介质比如空气，它有着在几英尺距离内可被忽略的散播，但是如果放在几英里的范围内则有着可观的光散播现象（请看图9）。
介质的表象（ Media Appearance ）
前面的章节讨论了在物质和光之间的两种不同的交互模式。有着复数值形式的折射率的物质区间会引发吸收现象 --- 光的强度会随着距离减少（可能会改变光的颜色，如果吸收优先发生在特定的波长）,但是光的方向不会发生改变。另一方面，折射率的快速改变会引发散播 --- 光的传播方向发生改变（分割为多个方向），但是光的总的光谱分布不会发生改变。这里其实还有第三种交互模式---