[發明專利]多層非均勻材質反光物體的實時渲染方法

有效

• 申請號: 201611266856.9
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN107204035B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 溫佩芝;沈嘉煒;邵其林;張文新
• 申請（專利權）人: 桂林大容文化科技有限公司
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 唐修豪

本發明提供了一種基于BRDF模型改進的多層非均勻材質反光物體的實時渲染方法，該方法包括如下步驟：S10：采用預烘焙(Prepare Baking)厚度貼圖的方法描述陶瓷釉面的非均勻性；S20：得出頂點光照強度計算公式及改進的BRDF光照模型中的光照分布函數；S30：采用高動態圖像HDR(High Dynamic Range)進行明暗調節來模擬陶瓷表面光線的柔和過渡。通過本方法渲染出來的模型，既符合多層非均勻材質表面光照的物理特性，同時能逼真的恢復出反映多層非均勻材質物體的真實觀感；且在模型片面數量較大的情況下，仍能保證實時的渲染速率，滿足實時交互的需求。

技術領域

本發明涉及計算機圖形渲染技術領域，尤其涉及三維重建模型真實光感實時渲染的方法，具體為多層非均勻材質反光物體的實時渲染方法。

背景技術

圖像三維重建技術是通過實體拍攝多視角圖像通過立體匹配來計算空間坐標及光學信息，從而得到物體數字化的三維幾何網格模型及紋理信息。現實試驗中存在物體重建后生成的紋理貼圖表面光感信息會在逆向重建過程中部分丟失導致光感失真的問題，因此，為恢復三維模型接近照片級真實光感，需要為重建物體建立相應物理光照模型。

近年來，陶瓷類文物的三維建模也取得了不錯的研究成果，這類文物表面的玻璃質反光薄層反射和折射率遠大于陶瓷內層，在模型仿真中是一個朗伯體表面覆蓋一層光滑鏡面模型的典型應用，這類構成表面反光的材質我們稱之為多層非均勻材質。對于這類表面反光物體，圖像三維重建時通常采用濾光等方法降低高光反射對模型精度的影響，但同時會導致提取的紋理圖像缺失真實光感。因此，要獲取與物理世界完全一致的三維數字化模型是一項極具挑戰性的問題，一直是學術和工程界研究的熱點和重點。而目前采用的方法主要有雙向次表面散射反射分布函數BSSRDF(Bidirectional Surface ScatteringReflection Distribution Function)、單一的雙向反射率分布函數BRDF(BidirectionalReflection Distribution Function)光照模型和分層光照模型的方法，然而這些方法都存在各自的不足，主要表現為：

1)采用BSSRDF進行繪制陶瓷這類多層且表面高反光物體，現有的全局光照算法在處理動態物體時一般很難同時保證繪制的實時性和逼真性，此外，由于非均勻材質一般具有空間或時間上的可變性，其屬性的建模描述更為復雜，因而這類多層材質的實時繪制也就更困難。

2)利用BRDF光照模型獲得的多層的反光材質物體的真實光感效果遠不能滿足人眼視覺的需求，而建立復雜且真實的光照模型是極其困難且昂貴的。

3)分層光照模型給這類材質的渲染提供了一個有效的方法，采用BRDF光照模型作為層狀部件對多層均勻材質進行疊加渲染，在視覺及實時性上能較好地滿足人眼的需求。然而將其直接應用到彩色陶瓷材質的渲染中，表現出的光感則比較生硬，不能很好地反映非均勻釉面的真實光感。

發明內容

針對現有技術中的不足，為此，本發明提出了一種基于BRDF模型改進的多層非均勻材質反光物體的實時渲染方法。能逼真的反映多層非均勻材質反光物體的真實觀感。

本發明提出的基于BRDF模型改進的多層非均勻材質反光物體的實時渲染方法包括如下步驟:

S10：采用預烘焙(Prepare Baking)厚度貼圖的方法描述陶瓷釉面的非均勻性；

S20：得出頂點光照強度計算公式及改進的BRDF光照模型中的光照分布函數；

S30：采用高動態圖像HDR(High Dynamic Range)進行明暗調節來模擬陶瓷表面光線的柔和過渡；其中，

在步驟S10中，所述的采用預烘焙(Prepare Baking)厚度貼圖的方法描述陶瓷釉面的非均勻性，具體步驟如下：

S11：在立體匹配后生成的網格模型上翻轉物體表面法線向量；