[发明专利]一种非物理模型模拟次表面散射效果的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像渲染领域，特别是涉及一种非物理模型模拟次表面散射效果的方法及装置。

背景技术

次表面散射是指光线照射到物体后，进入物体内部，经过在物体内的散射从物体表面的其他顶点(像素)离开物体的现象。主要用于模拟透明或半透明材质内部表现出来的一种真实光影特效。例如：当灯光照射到玻璃或清澈的液体表面时，灯光会穿透这些介质，次表面散射效果可用来模拟灯光进入介质内部后发生的散射。又例如：在一根蜡烛烛光的照耀下，蜡烛靠近火焰的一端会显出半透明效果。再例如：灯光照射下的人的皮肤，灯光照射下的玉等。

次表面散射效果在目前的3D动画电影中被广泛使用，次表面散射效果可使物体看起来非常真实，很有质感。在电影级制作中，采用专业的3D动画制作软件，对于次表面散射的模拟都是完全基于物理模型的，即真实的进行光穿过物体的折射散射模拟计算，尽管很耗时，但是效果确非常的好，具体的实现方法完全遵守次表面散射的真实物理流程。

但是实时渲染不能承受如此大的时间开销，而且现今的显卡还不能完全基于物理模型模拟次表面散射，所以实时渲染采用简化的物理模型模拟或者非物理模型模拟次表面散射。

目前在实时渲染中模拟次表面散射的效果，参见图1所示，其以预计算光线传递方法来实现，所述预计算光线传递是一种简化的物理模型模拟，同样是模拟光线在模型里的传播，它在完全物理模型模拟的方法上进行一系列理想化假设，并对物理公式进行简化，在进行预计算后得到每个顶点上的一系列与观察点无关的参数，这些参数用来修饰模型顶点的最后的颜色。这种方法的实时渲染实现条件包括：1、需要很多顶点的高精度物体模型与顶点着色器1.1(Vertex Shader1.1)。2、低精度物体模型与象素着色器2.0(Pixel Shader2.0)。此方法的花销很大，并且在模拟低精度物体模型时，需要高级显卡的支持。

发明内容

本发明提供一种非物理模型模拟次表面散射效果的方法及装置，用以解决现有技术以简化的物理模型模拟次表面散射效果，使得实现条件苛刻的问题。

本发明方法包括下列步骤：

A、得出光照模型颜色，以及待叠加颜色；

B、将所述待叠加颜色与光照模型颜色叠加，以模拟次表面散射效果。

其中，所述待叠加颜色为叠加的亮度与次表面散射颜色相乘。

进一步，所述叠加的亮度在第一夹角为90度时最大，并且向第一夹角为0度和180度递减；所述第一夹角为模型点的法线方向向量N与着色点到光源的方向向量L的夹角。叠加的最大亮度向第一夹角为0度和180度递减的曲线可调。叠加的亮度与第一夹角之间的关系曲线由预先生成的一维纹理储存。

进一步，所述次表面散射颜色比模型本身的颜色浅。

综上所述，所述步骤A中，得出待叠加颜色后，对其进行视点修正；以及所述步骤B中，将视点修正后的待叠加颜色与光照模型颜色叠加，以模拟次表面散射效果。

进一步，将视点修正值与待叠加颜色相乘，以实现对待叠加颜色的视点修正。

所述视点修正值在大于0且小于等于1的范围内，随着第二夹角从0度到180度递增而相应递增；所述第二夹角为着色点到视点的方向向量E与着色点到光源的方向向量L的夹角。所述视点修正值与第二夹角的关系曲线由预先生成的一维纹理储存。

其中，所述光照模型颜色为环境反射值、漫反射值及高光反射值之和。

本发明的装置，包括：光照模型颜色生成单元，还包括：

叠加颜色生成单元，用于生成待叠加颜色；

叠加单元，用于将叠加颜色生成单元生成的待叠加颜色，与光照模型颜色生成单元生成的光照模型颜色叠加。

其中，所述叠加颜色生成单元中包括下列子单元：

叠加亮度生成单元，用于生成叠加亮度；

次表面散射颜色生成单元，用于生成次表面散射颜色；

第一乘积单元，用于将叠加亮度生成单元与次表面散射颜色生成单元的输出相乘。

进一步，所述叠加颜色生成单元中还包括：第一一维纹理储存单元，用于存储叠加亮度与第一夹角之间的关系曲线，以备所述叠加亮度生成单元调用；所述第一夹角为模型点的法线方向向量N与着色点到光源的方向向量L的夹角。

综上所述，所述装置还包括：视点修正单元，用于对所述叠加颜色生成单元生成的待叠加颜色进行视点修正。

其中，所述视点修正单元中包括下列子单元：

视点修正值计算单元，用于得出视点修正值；