渲染是计算机图形学(CG)领域的一个重要分支,其主要研究的内容就是如何在一个三维场景下计算生成一张二维图片。渲染被应用于许多行业:动画,游戏,教育,航天,三维打印等等。衡量渲染算法优劣的指标包括精确度,速度。光学是物理学的一个重要分支,基于物理的渲染方式遵循自然界的光线传递反射规律,如能量守恒,能量非负,透射散射规律,所以渲染出来的图片质量比传统渲染模型更高,更加具有真实感。物理渲染所研究的核心内容之一是双向散射分布函数(BSDF),其主要组成部分是双向反射分布函数(BRDF)与双向透射分布函数(BTDF)。BRDF描述的是物体表层的光线反射情况,而BTDF是光线散射到底层然后再从底层反射到表层的光线分量。材质主要分为导体和绝缘体,而绝缘体又可以分为次表面散射材质和塑料材质,导体是不透明的,所有没有透射分量,次表面散射材质拥有次表面散射分量,而塑料材质有透射分量。我们所提出的模型是基于塑料材质的,所以我们所设计的模型主要讨论的是BSDF。本文涉及到的渲染实验都是基于C/C++物理渲染体系(PBRT)。BSDF主要描述光线在物体表面散射时的能量分布状况。函数的主要参数是入射向量和出射向量。BSDF函数值主要代表出射向量的辐射强度与入射向量的辐照强度的比值。函数的主要系数有透射率,以及控制微面元概率分布函数(NDF)的系数等。系数化模型已经被广泛地应用于渲染领域中。其中最广泛使用的就是Cook-Torrance微面元模型。该模型已经较好地拟合了现实中的大多数材质,但是忽略掉了光的衍射效应。其中最重要的一个函数就是法向分布函数,有高斯,有理分式,指数幂分布函数等。而Cook-Torrance Diffraction(CTD)模型计算出了镜面微面元反射衍射效应,但是未在绝缘体材质中计算出其底层漫反射的衍射效应。塑料材质主要分为两层,上层是Cook-Torrance微面元层,下层是漫反射层。我们的双层微表面衍射模型主要是为了实现漫反射层的衍射效应。在上层仍然沿用CTD模型的基础上对材质更进一步地拟合。我们用Oren-Nayar(ON)模型来表示塑料材质的底层,弥补了CTD模型在塑料材质上拟合的不足。本文所提出的模型被称为Oren-Nayar Diffraction(OND)模型。我们采用MERL中的100种典型的材质作为标准来验证模型的正确性,因为MERL中的材质有很高的角度分辨率,这100种材质包括9种导体,6种次表面散射材质和85种塑料材质。并且,我们将CTD模型与所提出的OND模型相比较。我们将塑料材质分为三类,在第三类塑料材质上,我们的模型明显优于CTD模型。最后,我们做了总结和展望。本文的主要工作以及贡献如下:1.我们提出了一个集成了镜面反射微表面与漫反射微表面的双层模型,在CTD模型的基础上添加了两个系数:σ和σ sd来分别表示漫反射层微米级别和纳米级别的粗糙度。所提出的OND模型对塑料材质提供了一个更好的近似。2.我们运用了卷积运算,高斯牛顿法,预计算这三大技术提高模型的精确度,并且降低了渲染代价。