多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107204035A(43)申请公布日2017.09.26(21)申请号201611266856.9(22)申请日2016.12.31(71)申请人桂林大容文化科技有限公司地址541004广西壮族自治区桂林市七星区六合路123号桂林电子科技大学国家级大学科技园1101号(72)发明人温佩芝沈嘉炜邵其林张文新(74)专利代理机构桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司45112代理人唐修豪(51)Int.Cl.G06T15/50(2011.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法(57)摘要本发明提供了一种基于BRDF模型改进的多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法，该方法包括如下步骤:S10：采用预烘培(PrepareBaking)厚度贴图的方法描述陶瓷釉面的非均匀性；S20：得出顶点关照强度计算公式及改进的BRDF光照模型中的光照分布函数；S30：采用高动态图像HDR(HighDynamicRange)进行明暗调节来模拟陶瓷表面光线的柔和过渡。通过本方法渲染出来的模型，既符合多层非均匀材质表面光照的物理特性，同时能逼真的恢复出反映多层非均匀材质物体的真实观感；且在模型片面数量较大的情况下，仍能保证实时的渲染速率，满足实时交互的需求。CN107204035ACN107204035A权利要求书1/1页1.一种多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法,包括如下步骤:S10：采用预烘培厚度贴图的方法描述陶瓷釉面的非均匀性；S20：得出顶点关照强度计算公式及改进的BRDF光照模型中的光照分布函数；S30：采用高动态图像HDR进行明暗调节来模拟陶瓷表面光线的柔和过渡；其中，在步骤S10中，所述的采用预烘培厚度贴图的方法描述陶瓷釉面的非均匀性，具体步骤如下：S11：在立体匹配后生成的网格模型上翻转物体表面法线向量；S12：利用3D工具烘培AO贴图，贴图中闭塞信息多的地方默认为厚度较薄；S13：翻转顶点颜色存储贴图，该贴图即为厚度贴图；在步骤S20中，所述的改进的BRDF光照模型，用Trowbridge-Reitz分布函数作为镜面高光项呈现陶瓷釉面圆润的高光效果，具体步骤如下：S21：将反光物体的三维重建模型中顶点的光照强度定义为式6：F0＝Fambdiff+FN(6)其中，式6中F0为物体的顶点的光照强度，Fambdif为物体的环境反射的光强)，FN为多层材质表面叠加的光强；S22：在现有的BRDF光照模型中，采用如式8所示的Trowbridge-Reitz分布函数来作为光照分布函数D：式8中，α表示表面粗糙程度，h为半角向量，n为法向量；在步骤S30中，所述的采用高动态图像HDR进行明暗调节来模拟陶瓷表面光线的柔和过渡，具体步骤如下：S31：对模型表面添加镜面高光项使之呈现陶瓷釉面圆润的高光效果后；S32：再运用高动态图像线性地记录亮度信息，所述高动态图像的每一个像素除了普通的RGB信息，还有该点实际的亮度信息，在线性地记录亮度信息时对色调映射进行调节，色调映射允许用户控制一个合适的人眼亮度域，其中人眼亮度域的控制量L满足式10；式10中，Linput为输入的光线，middleGrey为全屏幕或部分屏幕的中间灰度，用于控制屏幕的亮度，avgLogLuminance为全屏幕或部分屏幕的亮度的对数的平均值。2CN107204035A说明书1/7页多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法技术领域[0001]本发明涉及计算机图形渲染技术领域，尤其涉及三维重建模型真实光感实时渲染的方法，具体为多层非均匀材质反光物体的实时渲染方法。背景技术[0002]图像三维重建技术是通过实体拍摄多视角图像通过立体匹配来计算空间坐标及光学信息，从而得到物体数字化的三维几何网格模型及纹理信息。现实试验中存在物体重建后生成的纹理贴图表面光感信息会在逆向重建过程中部分丢失导致光感失真的问题，因此，为恢复三维模型接近照片级真实光感，需要为重建物体建立相应物理光照模型。[0003]近年来，陶瓷类文物的三维建模也取得了不错的研究成果，这类文物表面的玻璃质反光薄层反射和折射率远大于陶瓷内层，在模型仿真中是一个朗伯体表面覆盖一层光滑镜面模型的典型应用，这类构成表面反光的材质我们称之为多层非均匀材质。对于这类表面反光物体，图像三维重建时通常采用滤光等方法降低高光反射对模型精度的影响，但同时会导致提取的纹理图像缺失真实光感。因此，要获取与物理世界完全一致的三维数字化模型是一项极具挑战性的问题，一直是学术和工程界研究的热点和重点。而目前采用的方法主要有双向次表面散射反射分布函数BSSRDF(BidirectionalSurfaceScatteringReflectionDi