[發明專利]一種非物理模型模擬次表面散射效果的方法及裝置

有效

• 申請號: 200610109841.1
• 申請日: 2006-08-16
• 公開（公告）號: CN101127126A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 劉皓
• 申請（專利權）人: 騰訊科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司
• 代理人: 宋松

技術領域

本發明涉及圖像渲染領域，特別是涉及一種非物理模型模擬次表面散射效果的方法及裝置。

背景技術

次表面散射是指光線照射到物體后，進入物體內部，經過在物體內的散射從物體表面的其他頂點(像素)離開物體的現象。主要用于模擬透明或半透明材質內部表現出來的一種真實光影特效。例如：當燈光照射到玻璃或清澈的液體表面時，燈光會穿透這些介質，次表面散射效果可用來模擬燈光進入介質內部后發生的散射。又例如：在一根蠟燭燭光的照耀下，蠟燭靠近火焰的一端會顯出半透明效果。再例如：燈光照射下的人的皮膚，燈光照射下的玉等。

次表面散射效果在目前的3D動畫電影中被廣泛使用，次表面散射效果可使物體看起來非常真實，很有質感。在電影級制作中，采用專業的3D動畫制作軟件，對于次表面散射的模擬都是完全基于物理模型的，即真實的進行光穿過物體的折射散射模擬計算，盡管很耗時，但是效果確非常的好，具體的實現方法完全遵守次表面散射的真實物理流程。

但是實時渲染不能承受如此大的時間開銷，而且現今的顯卡還不能完全基于物理模型模擬次表面散射，所以實時渲染采用簡化的物理模型模擬或者非物理模型模擬次表面散射。

目前在實時渲染中模擬次表面散射的效果，參見圖1所示，其以預計算光線傳遞方法來實現，所述預計算光線傳遞是一種簡化的物理模型模擬，同樣是模擬光線在模型里的傳播，它在完全物理模型模擬的方法上進行一系列理想化假設，并對物理公式進行簡化，在進行預計算后得到每個頂點上的一系列與觀察點無關的參數，這些參數用來修飾模型頂點的最后的顏色。這種方法的實時渲染實現條件包括：1、需要很多頂點的高精度物體模型與頂點著色器1.1(Vertex?Shader1.1)。2、低精度物體模型與象素著色器2.0(Pixel?Shader2.0)。此方法的花銷很大，并且在模擬低精度物體模型時，需要高級顯卡的支持。

發明內容

本發明提供一種非物理模型模擬次表面散射效果的方法及裝置，用以解決現有技術以簡化的物理模型模擬次表面散射效果，使得實現條件苛刻的問題。

本發明方法包括下列步驟：

A、得出光照模型顏色，以及待疊加顏色；

B、將所述待疊加顏色與光照模型顏色疊加，以模擬次表面散射效果。

其中，所述待疊加顏色為疊加的亮度與次表面散射顏色相乘。

進一步，所述疊加的亮度在第一夾角為90度時最大，并且向第一夾角為0度和180度遞減；所述第一夾角為模型點的法線方向向量N與著色點到光源的方向向量L的夾角。疊加的最大亮度向第一夾角為0度和180度遞減的曲線可調。疊加的亮度與第一夾角之間的關系曲線由預先生成的一維紋理儲存。

進一步，所述次表面散射顏色比模型本身的顏色淺。

綜上所述，所述步驟A中，得出待疊加顏色后，對其進行視點修正；以及所述步驟B中，將視點修正后的待疊加顏色與光照模型顏色疊加，以模擬次表面散射效果。

進一步，將視點修正值與待疊加顏色相乘，以實現對待疊加顏色的視點修正。

所述視點修正值在大于0且小于等于1的范圍內，隨著第二夾角從0度到180度遞增而相應遞增；所述第二夾角為著色點到視點的方向向量E與著色點到光源的方向向量L的夾角。所述視點修正值與第二夾角的關系曲線由預先生成的一維紋理儲存。

其中，所述光照模型顏色為環境反射值、漫反射值及高光反射值之和。

本發明的裝置，包括：光照模型顏色生成單元，還包括：

疊加顏色生成單元，用于生成待疊加顏色；

疊加單元，用于將疊加顏色生成單元生成的待疊加顏色，與光照模型顏色生成單元生成的光照模型顏色疊加。

其中，所述疊加顏色生成單元中包括下列子單元：

疊加亮度生成單元，用于生成疊加亮度；

次表面散射顏色生成單元，用于生成次表面散射顏色；

第一乘積單元，用于將疊加亮度生成單元與次表面散射顏色生成單元的輸出相乘。

進一步，所述疊加顏色生成單元中還包括：第一一維紋理儲存單元，用于存儲疊加亮度與第一夾角之間的關系曲線，以備所述疊加亮度生成單元調用；所述第一夾角為模型點的法線方向向量N與著色點到光源的方向向量L的夾角。

綜上所述，所述裝置還包括：視點修正單元，用于對所述疊加顏色生成單元生成的待疊加顏色進行視點修正。

其中，所述視點修正單元中包括下列子單元：

視點修正值計算單元，用于得出視點修正值；