反射剖面精确拟合的次表面散射计算方法

近年来,随着电影、游戏、虚拟现实应用等对真实感要求的不断提高,针对人体组织、牛奶等半透明材质的实时渲染变得越发重要.针对当前大部分次表面散射计算方法难以正确估计散射范围的问题,提出了一种全新的次表面散射计算方法用以精确表示最大散射距离.首先,针对暴力蒙特卡洛光子追踪结果进行模拟,以得到反射剖面结果.其次通过多项式模型进行反射剖面拟合,计算精确着色点处的最大散射范围.最后,提出了一种新的重要性采样方案以减少蒙特卡洛所需的采样数,进一步提高计算效率.此外,方法所需的参数仅由着色点上的反射率以及材质平均自由程提供,以便于灵活调整渲染效果.实验证明,所提模型避免了之前对于散射范围的错误估计,对材质反射率复杂的区域具有更好的渲染精度,且渲染速率满足实时要求.

一种动态物体次表面散射实时绘制方法

在给出非均匀材质建模描述方法的基础上,通过对光线类型和光的次表面散射物理过程进行分解,分别给出了图像空间非均匀材质单次散射和多次散射的近似计算方法.延迟着色思想的融入,满足了动态物体实时绘制的需要,并可较好地适用于分层非均匀半透明材质.

数字三维动画次表面散射现象与理论分析

在数字艺术世界中,"光"的艺术地位可以说是举足轻重的.现实中许多光的理论仿佛已经揭开了它神秘的面纱,但是在CG世界中,"光"的探索脚步永不停止.……

基于次表面散射的肝脏高真实感实时渲染的研究与实现

针对人体肝脏的高真实感实时渲染问题,提出了一种采用表面反射和次表面散射两种光照模型组合的解决方法。首先对表面反射光照模型采用环境照明、漫反射照明、高光照明、法线贴图和阴影贴图等技术模拟表面光照视觉效果;利用次表面散射和透射结合的方法模拟光在肝脏组织中传播和穿透,并用两个一维卷积来呈现次表面散射,以减少执行时间与内存消耗,从而得到一个基于次表面散射模型的真实感呈现。实验结果表明,所提出的方法能实现肝脏高真实感渲染,并可达到90帧每秒的帧渲染速率。

实时的皮肤次表面散射算法的实现

皮肤的次表面散射现象是现实生活中很常见的现象,在游戏和摄影中应用最多,因而实现实时的皮肤次表面散射具有重要意义。根据双向散射表面反射分布函数(BSSRDF),对皮肤表面上的辐照度的卷积使用近似的漫反射分布函数来实现实时的皮肤次表面散射,实现基于物理的皮肤次表面近似,并给出近似结果和真实值的比较演示。

基于纹理空间与屏幕空间混合的心脏次表面绘制方案

提出一种基于纹理空间和屏幕空间混合的心脏次表面绘制方案,用于解决虚拟手术系统中心脏次表面散射材质绘制难度大、仿真效果准确性不足的问题。以往的研究方案中,都只是基于单一的空间进行次表面绘制,难以适应虚拟手术真实感的要求。针对心脏光照计算中的次表面散射材质绘制方法的改进,新方案将纹理坐标作为渲染对象坐标进行卷积运算,使2D纹理能够产生基础的次表面散射效果。同时,结合基于屏幕空间的算法弥补纹理空间算法的不足进行混合绘制,并使用SMAA和抖动策略作为后处理步骤来提高子像素形态抗锯齿,产生比先前方案更好的整体效果。实验结果表明,该方案在一定程度上降低了心脏次表面散射材质绘制难度的同时,提高了绘制的准确性和真实感。

半透明三维物体表面光泽真实感实时渲染方法

针对具有半透明特性玉石的真实感渲染问题,提出一种利用高光层、漫反射层、透射层三层光照模型叠加的解决方法。首先对散射层结合漫反射剖面来模拟半透明玉石的次表面散射效果,提出一种可改变漫反射剖面的散射方法,表达不同种类玉石漫反射剖面的特点;然后对透射层利用预计算的本地厚度贴图结合高斯线性和,实现基于表面厚度光的透射效果,再在能量守恒的基础上与基于微平面的高光反射项进行叠加,得到一个基于三层光照模型的真实感半透明材质表现。实验结果表明,所提出的方法能实现不同种类半透明玉石真实感渲染,且在片面数达160万时可保证30帧/秒的实时效率。

潮流

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半透明物体表面阴影的渲染

基于阴影映射算法,提出一种半透明物体表面阴影的渲染方法.考虑半透明物体的次表面散射的光学特性,在获得阴影图后加入阴影接收表面的材质散射系数,确定随机取样的范围,使用加权平均方法计算目标点处于阴影区域的概率值,最终渲染场景.实验证明,该方法能够真实模拟半透明物体表面阴影中散影区的渲染效果.

浅析次世代游戏中的三维游戏角色

简要阐述了三维游戏角色的相关概念,总结了三维游戏角色制作的历史和现状,着重分析了三维游戏角色的艺术特点,以及在三维游戏角色制作中应用的新技术。

树叶真实感实时绘制方法的研究与实现

现实世界中的物体或多或少会有半透明现象,树叶就具有很明显的半透明特性,并且树木的真实感很大程度上决定于树叶的逼真程度,因此对于树叶半透明效果绘制的研究是很有必要的。然而,树木上的叶片数量很大,对其进行具有叶片半透明效果的高度真实感绘制计算复杂度高,很难达到实时。实现了一种基于半透明纹理的叶片半透明效果的绘制方法,通过预计算,并结合基于GPU编程技术,大幅度提高了绘制速度,实现了对具有半透明叶片的树木的真实感实时绘制。此外,通过阴影的绘制进一步提高了真实感效果。

单像素成像在三维测量中的应用

在条纹投影等传统结构光三维测量技术中,在全局光照的干扰下,无法获得高质量、高精度的三维测量结果。典型的全局光照效应包括互反射和次表面散射。互反射发生在凹陷的光亮反射表面,而次表面散射发生在半透明材料表面。单像素成像(Single-pixel imaging, SI)技术可以通过没有空间分辨率的探测器捕获场景,然而,大多数现代数码相机采用传统像素化的图像传感器。在这里,我们提出了将单像素成像技术扩展到像素化的图像传感器中,将图像传感器上的每个像素都被视为是一个独立的单像素成像单元,可以同时获取图像。实验表明,这种单像素成像方法可以完全分解直接光照和全局光照,实现在全局光照干扰下的高质量、高精度三维重建。

时空驱动的大规模真实感海洋场景实时渲染

针对目前计算机图形学领域对于精确的时间和空间条件驱动下大规模海洋场景的研究匮乏的现状,提出一个时空驱动的大规模真实感海洋场景实时渲染框架.首先,采用天空球代替传统天空盒进行天空背景建模,弥补天空盒灵活性和真实性上的不足;引入简化天文模型进行天体位置计算,真实展现天体运行规律;其次,引入风力驱动的统一方向谱进行海浪绘制,弥补目前图形学领域利用海浪谱建模在短波绘制效果上的不足;最后,将大气散射、海洋表面以及海下光线传播作为整体考虑,构建海面综合光照渲染模型.实验表明:该框架不仅能够真实地展现在精确的时空条件下大规模海洋场景的波浪运动以及光学效果的变化,而且能够很好地满足实时应用的需要.

动态非均质半透明物体的实时绘制算法

现有的对半透明物体的绘制算法中大部分都是为均质材质设计的,虽然有少数算法可以绘制非均质材质,但效率不高,为此提出一种图形硬件加速的动态非均质半透明物体的实时绘制算法.首先将模型的采样点组织成八叉树的形式,将双向次表面散射反射函数(BSSRDF)表达绑定为顶点属性,同时充分利用图形硬件的并行性来实现八叉树的快速建立和遍历;然后以树的结点之间的空间距离和材质的相似度为准则提出一种新的采样方法来提高表面积分的效率.由于整个过程不需要任何预计算,因此该算法可以很容易地扩展到动画场景或者变化的材质,并且还可以灵活地选择BSSRDF的表达方式.实验结果表明,文中算法可以达到实时的绘制帧率和良好的视觉效果.

基于三层材质模型的面部真实感交互式渲染(英文)

基于三层材质模型,设计了实时交互式渲染平台,利用基于物理的双向反射皮肤分布函数,模拟了光线在皮肤表面的反射.采用高斯模糊线性之和与纹理坐标扭曲纠正,有效地模拟了光线的次表面散射效果.结合表面反射和次表面散射,得到了最终的面部真实感实时渲染.该平台具有友好的交互式界面,在光线旋转时,可以查看反射和散射的效果,实现实时添加高动态范围背景、调节光照强度或者模糊程度等基本交互操作,更好地辅助用户对虚拟人进行控制和设计.

基于光子分布概率调整的高效的非匀质半透明材质绘制

针对非匀质半透明材质绘制代价高昂的问题,提出一种基于光子分布概率调整的高效非匀质半透明物体绘制算法.首先利用绘制图像所显现的区域生成场景中的关注区域;然后依据体积光子映射算法从光源处随机生成光子并进行跟踪;若光子与关注区域相交,则对该光子的分布概率进行调整,通过降低其能量来增加其落在关注区域内的概率;最后在概率调整时对高能量光子在方向上和在距离上进行切分,以保证关注区域内光子能量一致.实验结果表明,该算法能显著增加关注区域内的光子密度,并有效地减少非匀质半透明材质绘制的时间.

虚拟手术中心脏显示真实感仿真研究

研究虚拟手术系统中心脏显示真实感的问题。在以往研究中,多数研究集中于确定到达观察者眼中的反射光强度,由于只考虑到达心脏表面的入射光和表面法向而对其次表面散射影响欠缺考虑,导致显示真实感不足的问题。为解决心脏显示缺乏次表面散射的问题,提出了一种基于次表面散射算法的显示真实感仿真方法来进行研究。通过构建心脏软组织结构物理模型并进行光照分解计算,提高心脏显示的真实感。针对心脏次表面的复杂光照计算,在能量守恒的基础上提出一种改进的辐射度积分算法来进行绘制,并结合延迟着色的思想,提高仿真的实时性。实验结果表明,心脏显示真实感方法能够很好地体现出次表面散射光对心脏显示真实感的影响,对虚拟手术系统的真实感提升具有重要意义。

针对薄层介质的多极漫射模型扩展

多极(Multipole)漫射模型能较准确地模拟半透明介质的次表面散射现象,但并不适用于厚度接近或小于一个平均自由程(MFP)的薄层介质。为此,在Multipole漫射模型的基础上扩展该模型使之适用于薄层介质。根据Multipole漫射模型所依赖的假设条件,针对薄层介质加以修改,将光线分解为直接透射和漫射部分,并调整Multipole放置点光源的方式,使之更符合薄层介质中光传输的特征。使用修改后的光源计算漫射部分,而直接透射部分则采用狄拉克δ分布来近似。对扩展方法和传统Multipole以及蒙特卡罗方法进行分布数值和实际渲染效果的对比,在处理厚度接近或小于一个MFP的薄层介质时,扩展方法的结果均较传统Multipole更吻合蒙特卡罗方法的结果,可直接和现有Multipole模型实现集成。

基于颜色直方图匹配的半透明材质估计

在用户给定场景中,为了利用估计出的半透明材质参数渲染得到与输入图片具有相似外观的半透明物体,提出一种基于颜色直方图匹配对单张图片进行半透明材质估计的算法.对于均匀半透明材质,首先将材质估计问题转化为一个能量最小化的过程,能量函数被定义为输入图与渲染图之间颜色直方图的差别,并通过共轭梯度法优化能量函数,得到材质估计结果;对于非均匀半透明材质,通过材质聚类将所得材质视为均匀半透明材质分别进行估计.实验结果表明,由于避免了形状恢复以及光照条件估计引进误差,该算法能够高质量地进行复杂几何形体、复杂光照条件下的半透明材质估计.

多层非均匀材质模型真实感实时渲染方法

针对多层非均匀材质的物体经图像三维重建和纹理贴图后表面缺乏光照的真实感问题,提出一种基于分层光照模型改进的真实感实时渲染的解决方法。分析多层非均匀材质的散射特性进行次表面分层,建立改进的分层光照模型,采用厚度贴图的方法解决因非均匀性导致散射变化的问题,采用基于GGX方法改进分层光照模型中的光照分布函数,引入高动态图像渲染,展示更多的模型光照细节,提高真实感。实验结果表明,所提方法能实现多层非均匀材质的真实感渲染,运算速度能够满足交互系统的需求。