[发明专利]全局光照下全动态毛发的绘制方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像绘制技术领域，尤其涉及一种全局光照下全动态 毛发的绘制方法。

背景技术

在真实感绘制领域中，毛发的绘制一直以来都是一个重要课题。 毛发作为一种非常重要的材质，在3D电影、电脑游戏、交互式3D应 用等数字娱乐和创意产业领域中有着广泛的应用。然而，由于毛发几 何和散射性质较为复杂，毛发的全局光照计算代价很大，使得实现全 动态毛发的实时全局光照并非易事。在真实感绘制领域，研究者们一 直强调绘制方法的逼真性、实时性和动态性。为了能够提高毛发绘制 的整体效果，这些性质便成为了关键。寻找到一种同时满足这些性质 的毛发绘制方法，势必会在3D交互和媒体娱乐领域中产生广泛的应 用。

受到强烈的需求推动，近年来毛发的绘制得到了许多研究者的强 烈关注。关于毛发绘制的介绍可以在Ward K.等人2007年发表的“毛 发建模方法纵览：风格化，模拟和绘制(A survey on hair modeling： Styling，simulation，and rendering)”中找到。一些早期的技术强调解释 一根单独的毛发如何反射、折射光线，即尝试设计出一个合理的毛发 散射模型。Kajiya等于1989年提出了“基于三维纹理的毛皮绘制 (Rendering fur with three dimensional textures)”，这是第一个被提出 的毛发散射模型，该模型具有简单、效率高等特点，因此被广泛应用 在很多应用中，不过，该模型对于毛发散射的过程描述的不是很准确， 有些时候不能满足人们对于绘制的逼真性的需求。Marschner S.R.等 于2003年提出了“人体毛发的光照散射模型(Light scattering from  human hair fibers)”，这是一个基于物理的可以更准确的描述毛发对光 线进行散射过程的模型，该模型把每根毛发看作成一个圆柱体，并使 用三种不同的光线传播方式来模拟真实的散射过程。近年来，还有很 多工作着手于通过真实场景的照片还原毛发的几何和散射参数，也都 得到了很好的结果。

在实时毛发绘制中还有一个很重要的方面，就是大量毛发的自阴 影问题。毛发相互遮挡产生的阴影在很大程度上增强了毛发绘制的逼 真性。Yuksel C.等于2008年提出了“基于深度的不透明场(Deep  opacity maps)”方法，使得实时解决大量毛发的自阴影问题成为可能。 该方法通过一定的近似，在产生合理逼真的自阴影结果的同时，大大 提升了方法的执行效率，使得大规模复杂毛发模型的自阴影问题得到 了很好的解决。

在大量毛发的绘制问题中，一根特定的光线会在不同的毛发之间 进行多次散射，为了使得绘制的效果更为逼真，多重散射效果也是毛 发绘制必须考虑的问题。这种效果对于本身具有颜色的毛发显得尤为 明显。该问题可以通过光线跟踪得以解决，然而，由于毛发复杂的散 射模型和毛发之间复杂的几何关系，光线跟踪的效率变得非常之低。 很多研究者一直致力于寻找适合全动态实时绘制的毛发多重散射效 果绘制方法。其中，Zinke A.等于2008年提出了“快速毛发多重散射 的双散射近似(Dual scattering approximation for fast multiple scattering  in hair)”。该方法引入了双散射模型来近似大量毛发的多重散射效果， 可以达到大量毛发多重散射效果的实时绘制。Ren Z.等于2010年提出 了“全局光照下毛发的实时绘制(Interactive hair rendering under  environment lighting)”。该方法采用了预处理策略，实现了全局光照 下毛发的实时绘制。这些方法在全局光照下具有很强的逼真性，但是， 它们仅仅支持固定参数条件下的毛发绘制，对于毛发材质的动态变化 却无计可施。同时，它们摒弃了毛发的偏心率，一定程度上对绘制的 逼真性造成了损失。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种全局光照下全动态毛 发的绘制方法。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种全局光照下全动态毛发的绘 制方法，包括以下步骤：

S1：输入待绘制毛发的几何模型和全局光照信息；

S2：建立基于物理的简化毛发散射模型，使用多项式和圆高斯函 数的线性组合对所述简化毛发散射模型中的方位散射函数进行近似；