專利名稱：基于brdf實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形渲染技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)
高真實(shí)感渲染算法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)圖形在工業(yè)中的一個(gè)重要的應(yīng)用是“虛擬原型”，即工業(yè)產(chǎn)品(如汽車)的設(shè)計(jì)過程完全數(shù)字化，設(shè)計(jì)的決策主要是基于計(jì)算機(jī)生成的“虛擬原型”，顯然，只有渲染圖像和真實(shí)的工業(yè)產(chǎn)品足夠接近才能滿足設(shè)計(jì)決策的需要。授權(quán)公告號為CN101610423B的中國發(fā)明公開了一種渲染圖像的方法和裝置，所述方法包括在待處理圖像的左視圖和右視圖中任選一個(gè)作為第一視圖，另一個(gè)作為第二視圖，對第一視圖進(jìn)行求深度圖計(jì)算，得到與第一視圖相對應(yīng)的深度圖；根據(jù)第一視圖和深度圖進(jìn)行渲染，得到中間視圖；根據(jù)預(yù)設(shè)閥值，填補(bǔ)中間視圖中面積小于閥值的空洞；根據(jù)中間視圖和第二視圖，從第二視圖中尋找與中間視圖中面積大于閥值的空洞相似度最高的像素塊；將像素塊復(fù)制并填補(bǔ)到空洞中。對于汽車工業(yè)來說，需要模擬玻璃和汽車烤漆這兩種材料材質(zhì)的高真實(shí)感效果，其中，玻璃的模擬對于汽車的擋風(fēng)玻璃的選擇，以及車內(nèi)光線的強(qiáng)弱分布非常重要，玻璃的模擬采用熟知的光的反射和折射定律即可進(jìn)行，但是金屬感的汽車烤漆的模擬是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)槠嚳酒岬墓饩€組成中包括很多組成部分，例如光的散射，光澤度，近乎完美的鏡面反射，強(qiáng)光效果，閃光效果等。在交互式應(yīng)用中，汽車烤漆通常用簡單的反射模型來表示,例如用Phong模型,用戶通過細(xì)調(diào)汽車烤漆模型的參數(shù)來達(dá)到較好的視覺效果。但是，這個(gè)設(shè)定過程相當(dāng)費(fèi)力且沒有普適性，而且模擬出的真實(shí)感差，渲染出的汽車通常像是用塑料做成的一樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)渲染算法，利用真實(shí)材質(zhì)的采樣數(shù)據(jù)，擬合出材質(zhì)的渲染模型，使用高動(dòng)態(tài)的環(huán)境光照亮渲染模型，得到真實(shí)感極佳的材質(zhì)渲染結(jié)果。一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)渲染算法，包括以下步驟( I)采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)，依據(jù)該實(shí)測數(shù)據(jù)擬合材質(zhì)的渲染模型；(2)對渲染模型施加高動(dòng)態(tài)的環(huán)境光；(3)在渲染過程中，通過隨機(jī)的離散化方向采集環(huán)境光，利用步驟(I)中所述的渲染模型，進(jìn)行材質(zhì)的渲染。通過對材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到材質(zhì)的高級的反射模型，并利用該模型設(shè)定真實(shí)材質(zhì)的參數(shù)。對材質(zhì)進(jìn)行建模時(shí)，不易通過人工對參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)結(jié)果也會(huì)有人工的痕跡?；贐RDF模型和材質(zhì)的實(shí)際測量數(shù)據(jù)，可以擬合得到真實(shí)感極強(qiáng)的材質(zhì)渲染結(jié)果，也即得到令人信服的虛擬車的圖像。采用捕捉的高動(dòng)態(tài)光照渲染(HDR)環(huán)境光來照亮渲染模型(虛擬汽車)，使渲染效果逼近真實(shí)光照下的效果。采用離散化方向環(huán)境光的采樣策略，可以大大減少渲染時(shí)，光源的數(shù)量，使渲染速度提高幾個(gè)數(shù)量級。作為優(yōu)選，還包括步驟(4)，調(diào)整離散化方向的數(shù)目調(diào)整材質(zhì)渲染的速度和效果。材質(zhì)渲染的速度和效果取決于采集環(huán)境光時(shí)的離散化方向的數(shù)目，鏡面光采樣的數(shù)量以及為了改善渲染效果采集的反走樣的像素的個(gè)數(shù)，通過調(diào)整這些參數(shù)，可以改善材質(zhì)渲染的速度和效果。作為優(yōu)選，將步驟(1)中采集的實(shí)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為基于半程向量的參數(shù)化表示，并在基于半程向量的參數(shù)化坐標(biāo)系中擬合材質(zhì)的渲染模型。對于高鏡面反射的材質(zhì)，用傳統(tǒng)的坐標(biāo)系很難表示，因此，將實(shí)測數(shù)據(jù)用基于半程向量的參數(shù)化表示。作為優(yōu)選，將步驟(1)中的材質(zhì)的實(shí)測數(shù)據(jù)劃分為散射部分，光澤部分和鏡面部分，這三個(gè)部分采用不同的采集方法。將步驟(1)中的材質(zhì)的實(shí)測數(shù)據(jù)劃分為散射部分，光澤部分和鏡面部分時(shí)，可以通過 Cook-Torrance BRDF 進(jìn)行。作為優(yōu)選，步驟(1)中采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)采用非線性采樣機(jī)制。非線性采樣機(jī)制在采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)最好，尤其是對高強(qiáng)度的鏡面反射光。為了使渲染效果更好，減少渲染結(jié)果的噪音，優(yōu)選地，步驟(3)中隨機(jī)的離散化方向滿足概率分布函數(shù)。本發(fā)明通過特別設(shè)計(jì)的集成到光線跟蹤的材質(zhì)著色器來渲染汽車模型，著色器除了可以模擬光澤度和鏡面反射之外，也通過材質(zhì)中的小薄片產(chǎn)生閃光效果，利用本發(fā)明提供的方法可以創(chuàng)建高質(zhì)量的離線渲染結(jié)果，在幾分鐘內(nèi)即可得到較高分辨率的圖像。


圖1為正常的BRDF函數(shù)中的坐標(biāo)表示；圖2為基于半程向量的參數(shù)化表示。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式通過對汽車烤漆的渲染來詳細(xì)說明本發(fā)明的方法。一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，包括以下步驟(1) BRDF數(shù)據(jù)采集和建模對高鏡面反射的汽車烤漆，用傳統(tǒng)的坐標(biāo)系很難表示，因此，使用一個(gè)基于半程向量的參數(shù)化表示，該表示可以非常緊湊的表示強(qiáng)光采樣的BRDF的值。如圖1所示，圖1為正常的BRDF函數(shù)中的坐標(biāo)表示，其中，Qtl表示出射光的方向，Qi表不入射光的方向，圖2中為基于半程向量的參數(shù)化表不,把9和Qd分別離散化成90bins,把CDd離散化成180bin，實(shí)際采集數(shù)據(jù)過程中，并非所有位置的bin均采集，如果bin所在位置沒有采集數(shù)據(jù)，則采用與其相鄰位置的bin的數(shù)據(jù)的加權(quán)和表示。沒有壓縮的BRDF表的大小大約為180M。基于半程向量的參數(shù)化非線性采樣機(jī)制表現(xiàn)的最好，尤其是對高強(qiáng)度的鏡面反射光來說。按實(shí)際推導(dǎo)的Cook-Torrance模型表現(xiàn)出很好的性能,在大多數(shù)模型中，Cook-torrance模型可以表達(dá)成
權(quán)利要求
1.一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，包括以下步驟 (1)采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)，依據(jù)該實(shí)測數(shù)據(jù)擬合材質(zhì)的渲染模型； (2)對渲染模型施加高動(dòng)態(tài)環(huán)境光； (3)在渲染過程中，通過隨機(jī)的離散化方向采集環(huán)境光，利用步驟(I)中所述的渲染模型，進(jìn)行材質(zhì)的渲染。
2.如權(quán)利要求1所述的基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，還包括步驟(4)，調(diào)整離散化方向的數(shù)目調(diào)整材質(zhì)渲染的速度和效果。
3.如權(quán)利要求2所述的基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，將步驟(1)中采集的實(shí)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為基于半程向量的參數(shù)化表示，并在基于半程向量的參數(shù)化坐標(biāo)系中擬合材質(zhì)的渲染模型。
4.如權(quán)利要求3所述的基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，將步驟(1)中的材質(zhì)的實(shí)測數(shù)據(jù)劃分為散射部分，光澤部分和鏡面部分，這三個(gè)部分采用不同的采集方法。
5.如權(quán)利要求4所述的基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，步驟(1)中采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)采用非線性采樣機(jī)制。
6.如權(quán)利要求5所述的基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，其特征在于，步驟(3)中隨機(jī)的離散化方向滿足概率分布函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)高真實(shí)感渲染算法，包括以下步驟(1)采集材質(zhì)光線的實(shí)測數(shù)據(jù)，依據(jù)該實(shí)測數(shù)據(jù)擬合材質(zhì)的渲染模型；(2)對渲染模型施加高動(dòng)態(tài)環(huán)境光；(3)在渲染過程中，通過隨機(jī)的離散化方向采集環(huán)境光，利用步驟(1)中所述的渲染模型，進(jìn)行材質(zhì)的渲染。本發(fā)明基于BRDF實(shí)測數(shù)據(jù)的材質(zhì)渲染算法，利用真實(shí)汽車的材質(zhì)的采樣數(shù)據(jù)，擬合出材質(zhì)的渲染模型，使用高動(dòng)態(tài)的環(huán)境光照亮渲染模型，得到真實(shí)感極佳的材質(zhì)渲染結(jié)果。
文檔編號G06T15/50GK103035025SQ20121058675
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者趙磊, 李偉, 魯東明, 包倪光, 李裕麒, 任艷姣, 陸勝 申請人:浙江大學(xué)