[发明专利]一种基于梯度自适应的Blinn-Phong光照增强算法

摘要

本发明针对直接体绘制中经典的Blinn‑Phong光照模型，提出了一种基于体素灰度值梯度的Blinn‑Phong光照增强算法。首先，利用中心差分法计算每一体素灰度值的梯度及梯度模值，并将梯度模值线性映射到该点的镜面指数，接着按照Blinn‑Phong光照模型计算环境光强度、漫反射光强度、镜面反射光强度以及累积光强，而后将每一体素灰度值的梯度模值线性映射到该点的不透明度系数，最后为累积光强赋予不透明度系数得到最终的颜色。

主权项

1.一种基于梯度自适应的Blinn‑Phong光照增强算法，其特征在于步骤如下：步骤1：令f(xi,yi,zi)为体素任意一点(xi,yi,zi)处的灰度值，根据公式1利用中心差分法计算该点梯度：其中，f(xi‑1,yi,zi)为体素中点(xi‑1,yi,zi)的灰度值，f(xi+1,yi,zi)为体素中点(xi+1,yi,zi)的灰度值，f(xi,yi‑1,zi)为体素中点(xi,yi‑1,zi)的灰度值，f(xi,yi+1,zi)为体素中点(xi,yi+1,zi)的灰度值，f(xi,yi,zi‑1)为体素中点(xi,yi,zi‑1)的灰度值，f(xi,yi,zi+1)体素中点(xi,yi,zi+1)的灰度值；根据公式2计算该点梯度模值：步骤2：求出体素灰度值梯度模值中极大值依据公式3将体素中所有梯度模值线性映射到镜面指数SP：其中，SP_i为任意一点的镜面指数，为该点对应梯度模值，为梯度模值极大值，SP_max为镜面指数极大值，SP_min为镜面指数极小值；步骤3：根据公式4计算环境光：Iambient＝Kd·Ia    (4)其中，Iambient为经物体表面反射后的环境光光强，Kd为物体表面对光的反射系数，Ia为环境光光强；根据公式5计算漫反射光：Idiffuse＝Kd·Id·max(0,dot(N,L))     (5)其中，Idiffuse为漫反射光光强，Kd为物体表面对光的反射系数，Id为方向光的光强，N为顶点单位法向量，L为入射方向光的单位向量；根据公式6计算镜面反射光：Ispecular＝Kd·Id·pow(max(0,dot(N,H)),SP)  (6)其中，Ispecular为镜面反射光光强，Kd为物体表面对光的反射系数，Id为方向光的光强，N为顶点单位法向量，H为入射光单位向量和单位视角向量的角平分线单位向量，又称半角向量，SP为步骤2中由梯度模值线性映射而来的镜面指数；根据公式7计算累积光强：Iaccumulate＝Iambient+Idiffuse+Ispecular    (7)其中，Iaccumulate为累积光强，Iambient为经物体表面反射后的环境光光强，Idiffuse为漫反射光光强，Ispecular为镜面反射光光强；步骤4：根据公式8将所有体素梯度模值线性映射到不透明度系数O：其中，O_i为任意一点的镜面指数，为该点对应梯度模值，为梯度模值极大值，O_max为不透明度系数极大值，O_min为不透明度系数极小值；步骤5：根据公式9计算最终颜色值：I＝Iaccumulate·Oi·Ooriginal   (9)其中，I为最终的颜色值，Iaccumulate为累积光强，Oi为步骤4中由梯度模值线性映射而来的不透明度，Ooriginal为由传递函数计算得到的初始不透明度。