[發明專利]基于真實材質的毛發快速實時渲染方法

有效

• 申請號: 201811199727.1
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN110060321B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 蔣琪雷;張迎梁
• 申請（專利權）人: 疊境數字科技（上海）有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/04;G06T15/80
• 代理公司: 上海京滬專利代理事務所(普通合伙) 31235
• 代理人: 周曉玲

基于真實材質的毛發快速實時渲染方法，包括：在真實的毛發紋理貼圖中，按明亮分布計算得到毛發著色和光照角度的對應信息；計算待渲染對象毛發的光照角度；在所述對應信息中查詢對應的著色，并采樣；將所采樣的紋理著色移至待渲染對象上。本發明以取自真實的頭發紋理，通過對于著色點處的物理計算，隨后在真實毛發紋理貼圖中查詢相應的顏色結果，避免了傳統方法中對于毛發復雜的BRDF函數的計算，很好地保留毛發的真實感。

技術領域

本發明涉及虛擬現實圖像處理領域，具體地說是一種基于真實材質的毛發快速實時渲染方法。

背景技術

毛發是人物形象的重要特性；在實際情況中，照射的光線在大量的毛發之間會發生復雜的散射，而毛發所獨有的紋理與其極小的直徑也很難進行簡單的模擬。

三維渲染領域中，傳統的對于毛發的高質量渲染主要依賴于光線跟蹤；即將毛發作為一種特殊的幾何表達直接進行光線跟蹤。而在這個過程中，毛發的精細結構對于采樣和反走樣形成了很大的難度，需要很高的采樣率才能保證無失真的高質量渲染。若依賴傳統光照數學模型來渲染，由于公式的復雜性，通常需要在計算著色點處進行積分等操作，大大降低運行速度。

此外，光照遷移技術用于圖形處理，是指給定一張目標人臉圖像和一張參照人臉圖像，將參考人臉圖像上的光照效果遷移到目標人臉圖像上。常應用于丟失空間信息的情形，可以一定程度上解決圖像的上色問題。然而，上述方法通常耗時長，無法做到比如10ms一幀的較高速度。另外，由于三維渲染參數均已知，如果允許離線渲染則可以精確求值，在這種情況下采用光場遷移技術的必要性不大。

發明內容

本發明為解決現有的基于三維線段模型的渲染問題，旨在提供一種基于真實材質的毛發快速實時渲染方法。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案包括如下步驟：

步驟一，在真實的毛發紋理貼圖中，按明亮分布計算得到毛發著色和光照角度的對應信息；

步驟二，計算待渲染對象毛發的光照角度；

步驟三，在所述對應信息中查詢對應的著色，并采樣；

步驟四，將所采樣的紋理著色移至待渲染對象上。

步驟一中，利用光線在毛發接觸區域的方向向量和在著色點處單根毛發的切線方向的夾角的補角ω，及其與觀察方向的夾角δ作為真實紋理上顏色的對應坐標，可事先獲取單光源下毛發的真實照片，在真實毛發的δ一致處獲取對應顏色值。

步驟二中，計算待渲染對象毛發的每一個像素點的光照角度：

根據毛發切線方向T和光照方向I計算光照在該點處的反射角度，

ω＝π-acos(dot(T，I))

計算觀察方向V和T的角度α＝acos(dot(T，V))

計算以上兩個角度的差值：δ＝abs(ω-α)。

步驟四之后，計算每個像素點區域內所經過的毛發數量：如果一個像素點區域僅被一條毛發覆蓋，則賦予該像素點較高的透明度；如果一個像素點區域疊加了多根毛發，賦予該像素點較低的透明度。

其中，對每根毛發進行從根部到尖端呈現出逐漸透明的設定。

和現有技術相比，本發明以取自真實的頭發紋理，通過對于著色點處的物理計算，隨后在真實毛發紋理貼圖中查詢相應的顏色結果，避免了傳統方法中對于毛發復雜的BRDF函數的計算，而基于著色區域物理參數的計算又能很好地保留了毛發的真實感；同過計算不同的透明度來模擬不同粗細和不同密度的毛發，得到了更為真實的效果。

附圖說明

圖1為獲取真實毛發貼圖紋理的示意圖；

圖2a、圖2b為完成渲染后的效果圖。