[发明专利]一种植物叶片透射纹理生成方法

说明书

本发明涉及一种植物叶片透射纹理生成方法，包括以下步骤：（1）对叶片纹理图像进行本征图像提取，得到反射率图D和光照图S；（2）以反射率图的r红色通道作为自变量，构建线性方程计算透射图T，利用线性方程计算T在像素x处的各颜色通道数值；（3）透射率图T与光照图S融合形成透射纹理F；通过本发明的方法，可以通过任意单张叶片纹理，快速、自动地生成符合植物叶片物理光学特性的透射纹理，方法生成2048*2048分辨率的透射纹理，需要时间在1分钟以内，同时方法基于叶片辐射度传输模型，符合叶片的实际物理光学特性，可用于植物题材三维数字媒体内容（如三维动画、游戏、虚拟现实）资源制作环节中。

技术领域

本发明涉及计算机图形学、实时真实感绘制、植物行为仿真结合的技术领域，具体是涉及一种植物叶片透射纹理生成方法，即三维真实感渲染中植物叶片透射材质纹理制作的方法，可用于植物题材三维数字媒体内容(如三维动画、游戏、虚拟现实)资源制作环节中。

背景技术

在植物三维真实感渲染中，植物叶片的具有空间差异性的半透明表观是需要考虑的重要材质特性。目前技术进行叶片半透明表观渲染的方法主要有以下两点：

1.基于双向散射表面反射分布函数(BSSRDF)进行模拟，该类技术可以很多好地对光在叶片内部的散射进行模拟，但是该类技术计算复杂，当处理较多叶片时，计算速度效率低，因此不适合多叶片的植物场景。

2.基于双向透射分布函数(BTDF)进行模拟，该类技术相比BSSRDF类方法速度快，适合进行大规模植物叶片的三维渲染。该方法需要植物叶片的透射表观材质纹理，目前获得透射纹理材质的方式主要通过美工人为绘制，费时费力，并且受个人主观影响大，绘制的透射纹理有可能与实际叶片的透射率相差甚远。

基于BTDF进行叶片透射表观模拟时需要使用叶片透射纹理。传统方法主要分为两种：1)美工手绘纹理。该方法费时费力，绘制一张透射纹理需要30分钟～1小时，而且绘制的纹理受个人主观影响大，很有可能不符合叶片实际的光学特性；2)搭建叶片透射率测量设备进行透射纹理生成，该类方法能够得到符合叶片实际光学特性的透射纹理，但是搭建设备成本较高，同时对透射率数据测量环境要求高，需要在暗室内进行，数据预处理过程较繁琐，需图像畸变矫正、图像去噪、高动态范围拟合等过程。

综上，基于双向透射分布函数的模拟方法适合进行大规模植物叶片透射渲染，但是缺少针对该类技术的高效、准确叶片透射材质纹理的制作工具。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明的目的是提出一种植物叶片透射纹理生成方法，即基于已有叶片纹理的透射纹理快速、合理生成方法，可作为高效、准确叶片透射材质纹理的制作工具，可用于植物题材三维数字媒体内容(如三维动画、游戏、虚拟现实)资源制作环节中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种植物叶片透射纹理生成方法，其技术要点是：包括以下步骤：

(1)对叶片纹理图像进行本征图像提取，得到反射率图D和光照图S；

(2)以反射率图的r红色通道作为自变量，构建线性方程计算透射图T，利用线性方程计算T在像素x处的各颜色通道数值。

所述的反射率图转透射率图的线性方程公式如下：

T_r(x)＝1.141D_r(x)+0.0396

T_g(x)＝-0.6245D_r(x)+0.8701

T_b(x)＝0

其中Tr、Tg、Tb分别表示T的r、g、b分量；Dr为反射率图D的r通道分量。

(3)透射率图T与光照图S融合形成透射纹理F；即透射纹理F采用透射率图T与光照图S计算得到，公式如下：