[发明专利]基于真实材质的毛发快速实时渲染方法

说明书

基于真实材质的毛发快速实时渲染方法，包括：在真实的毛发纹理贴图中，按明亮分布计算得到毛发着色和光照角度的对应信息；计算待渲染对象毛发的光照角度；在所述对应信息中查询对应的着色，并采样；将所采样的纹理着色移至待渲染对象上。本发明以取自真实的头发纹理，通过对于着色点处的物理计算，随后在真实毛发纹理贴图中查询相应的颜色结果，避免了传统方法中对于毛发复杂的BRDF函数的计算，很好地保留毛发的真实感。

技术领域

本发明涉及虚拟现实图像处理领域，具体地说是一种基于真实材质的毛发快速实时渲染方法。

背景技术

毛发是人物形象的重要特性；在实际情况中，照射的光线在大量的毛发之间会发生复杂的散射，而毛发所独有的纹理与其极小的直径也很难进行简单的模拟。

三维渲染领域中，传统的对于毛发的高质量渲染主要依赖于光线跟踪；即将毛发作为一种特殊的几何表达直接进行光线跟踪。而在这个过程中，毛发的精细结构对于采样和反走样形成了很大的难度，需要很高的采样率才能保证无失真的高质量渲染。若依赖传统光照数学模型来渲染，由于公式的复杂性，通常需要在计算着色点处进行积分等操作，大大降低运行速度。

此外，光照迁移技术用于图形处理，是指给定一张目标人脸图像和一张参照人脸图像，将参考人脸图像上的光照效果迁移到目标人脸图像上。常应用于丢失空间信息的情形，可以一定程度上解决图像的上色问题。然而，上述方法通常耗时长，无法做到比如10ms一帧的较高速度。另外，由于三维渲染参数均已知，如果允许离线渲染则可以精确求值，在这种情况下采用光场迁移技术的必要性不大。

发明内容

本发明为解决现有的基于三维线段模型的渲染问题，旨在提供一种基于真实材质的毛发快速实时渲染方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

步骤一，在真实的毛发纹理贴图中，按明亮分布计算得到毛发着色和光照角度的对应信息；

步骤二，计算待渲染对象毛发的光照角度；

步骤三，在所述对应信息中查询对应的着色，并采样；

步骤四，将所采样的纹理着色移至待渲染对象上。

步骤一中，利用光线在毛发接触区域的方向向量和在着色点处单根毛发的切线方向的夹角的补角ω，及其与观察方向的夹角δ作为真实纹理上颜色的对应坐标，可事先获取单光源下毛发的真实照片，在真实毛发的δ一致处获取对应颜色值。

步骤二中，计算待渲染对象毛发的每一个像素点的光照角度：

根据毛发切线方向T和光照方向I计算光照在该点处的反射角度，

ω＝π-acos(dot(T，I))

计算观察方向V和T的角度α＝acos(dot(T，V))

计算以上两个角度的差值：δ＝abs(ω-α)。

步骤四之后，计算每个像素点区域内所经过的毛发数量：如果一个像素点区域仅被一条毛发覆盖，则赋予该像素点较高的透明度；如果一个像素点区域叠加了多根毛发，赋予该像素点较低的透明度。

其中，对每根毛发进行从根部到尖端呈现出逐渐透明的设定。

和现有技术相比，本发明以取自真实的头发纹理，通过对于着色点处的物理计算，随后在真实毛发纹理贴图中查询相应的颜色结果，避免了传统方法中对于毛发复杂的BRDF函数的计算，而基于着色区域物理参数的计算又能很好地保留了毛发的真实感；同过计算不同的透明度来模拟不同粗细和不同密度的毛发，得到了更为真实的效果。

附图说明

图1为获取真实毛发贴图纹理的示意图；

图2a、图2b为完成渲染后的效果图。