[发明专利]基于线性光源的真实物体材质反射属性建模方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机虚拟现实技术领域，具体地说是一种利用线性光源的平坦物体材 质反射属性建模方法，用于真实感虚拟环境中材质BRDF的建模和绘制。

背景技术

真实物体三维建模是计算机图形学的重要部分。三维建模分为几何建模和属性建模， 几何建模已经可以通过建模软件和三维扫描仪等很好实现，属性建模则成为一个计算机 图形学建模的难点。其中真实物体表面反射属性的精确采集和建模是计算机图形学的热 点问题。物体的外观是由光和物体的材质作用的结果。反射属性建模就是为了描述光与 物体表面如何进行相互作用。目前最常用的描述反射属性的模型是双向反射分布函数 BRDF(Bi-directional Reflectance Distribution Function)。文献1-Nicodemus，F.E.， Richmond，J.C.，Hsia，J.J.，Ginsberg，I.W.，and Limperis，T.Geometric considerations and nomenclature for reflectance.National Bureau of Standards Monograph 160，1977中首先完 整的描述了BRDF定义，它描述了到达物体表面的入射光与从该位置反射的出射光的比 值。如果固定入射光和出射光方向，将材质样本围绕表面法向旋转，BRDF值保持不变， 则此类材质为各向同性材质；反之则称为各向异性材质。BRDF符合物理学的基本原理， 具有非负、能量守恒和可逆(Reciprocity)等重要特性。现实世界中，许多物体由多材质构 成，为此需要用空间变化的BRDF(Spatially Varying BRDF，SVBRDF)描述物体表面反射 属性。

BRDF数据采集设备早期的有基于测角反射计(gonioreflectometer)的采集设备，如文 献2-K.Torrance，E.Sparrow，and R.Birkebak，“Polarization，directional distribution，and off-specular peak phenomena in light reflected from roughened surfaces，”Optical Society of America，vol.56，no.7，pp.916-925，1966和文献3-F.Sing-Choong，“A Gonioreflectometer for Measuring the Bidirectional Reflectance of Material for Use in Illumination Computation，” Computer Science，Cornell University，1997中应用的设备，该类采集设备的精度较高，但 其整个采集数据过程相对耗时。现在比较普遍应用的是基于数码相机的采集设备。相机 采集的二维图像可以获得大量的BRDF数据，这类设备可以采集单一材质的BRDF数据， 但是比较受被采集材质的限制，不通用，如文献4-W.Matusik，P.Hanspeter，B.Matthew et al.，“Efficient isotropic BRDF measurement，”in Proceedings of the 14th Eurographics workshop on Rendering，Leuven，Belgium，pp.241-247，2003中应用的设备，还可以采集多 材质的SVBRDF数据，文献5-K.Dana，J.，″BRDF/BTF measurement device.″pp.460-466 中应用的设备，一个可以快速采集SVBRDF的采集设备，使用抛物面反射镜代替复杂的 机械控制来扩大入射域和观察域的范围，上述采集设备成本过高、耗时低效。