[发明专利]一种基于二维图像的纹理替换方法

说明书

本发明公开了一种基于二维图像的纹理替换方法，包括根据模型的UV计算各个贴图；模型法线与材质法线的融合；真实感光线的模拟；材质漫反射信息的融合；材质高光信息的融合；材质颜色信息的融合；最后将计算的各个分量包括融合后的颜色信息，漫反射信息，高光信息进行整体融合得到替换材质后的效果。

技术领域

本发明属于计算机图形学领域，涉及一种基于二维图像的纹理替换方法。

背景技术

对于一个三维场景进行渲染，一般情况下需要花费二十分钟时间，如果场景更为复杂，可能需要更多的时间，并且每替换一套不同材质，都需要重新进行渲染，如果对于一个由家具模型组成的室内场景，又或者说一个新发明的汽车进行内室设计，都需要通过替换不同的材质查看怎样的材质才能得到好的效果。但是每次都必须重新渲染，因此对于三维模型的渲染是一件极其浪费时间的事情。

但是，现在越来越多三维场景的应用，包括三维游戏，三维室内装修等等，如果可以利用之前一次渲染的成果，并且不要求极其细致的渲染，就可以通过简单的光照模型以及基本的美学基础进行简单的纹理替换。因此这里提出了一种基于二维图像的纹理替换方法，在保证效果的情况下大大的增加了速度，使用预先渲染的模型的整体效果图以及部分中间渲染结果，仅仅替换需要替换材质的部分，替换后仍然保持整体明暗的协调性。这种方式可以用于在不特别要求极致效果的情况下进行室内装修设计，也可以进行现实场景模拟等。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的问题是针对现有技术的不足，提供基于一种二维图像的纹理替换方法，从而在保证效果的情况下大大加速了纹理替换速度。

技术方案：本发明公开了一种基于二维图像的纹理替换方法，其核心在于利用一次三维渲染的中间结果，仅仅需要通过三维渲染得到的二维图片，从而为场景中的每个物体或者场景本身进行纹理替换，包括以下步骤：

步骤1，导出模型信息：在3dmax中建立三维模型，并进行渲染，将渲染后三维模型的各个分量导出，包括三维模型的法线信息，光照信息，高光信息，掩码信息，纹理贴图时UV信息(U和V分别是图片在显示器水平、垂直方向上的坐标，取值一般都是0～1，也就是水平方向的第U个像素/图片宽度，垂直方向的第V个像素/图片高度)以及整体渲染效果图。

步骤2，准备好材质：准备好要替换的材质信息，包括材质的法线信息，颜色信息(即漫反射光照信息)，高光信息。

步骤3，根据三维模型图片大小计算纹理贴图：根据三维模型图片大小计算对应的材质贴图，包括材质的法线贴图，颜色贴图以及高光贴图。

步骤4，材质法线与三维模型法线的融合：将得到的材质的法线图片与模型的法线图片采用点对点融合。以模型法线为主，材质法线为辅实现模型法线的微调。

步骤5，计算漫反射信息：根据融合后的法线信息以及设置的光线信息计算替换材质后的整体漫反射信息。

步骤6，高光信息的融合：将三维模型本身的高光信息和材质的高光信息进行融合得到替换材质后的整体高光信息。

步骤7，计算颜色信息：计算替换材质后三维模型整体显示的颜色信息Color。

步骤8，整体融合计算：将颜色信息Color，替换材质后的漫反射信息以及高光信息进行融合，并进行整体微调得到最终替换材质后的效果。

其中，步骤1包括以下步骤：

步骤1-1，在3dmax中建立三维模型，并进行渲染，得到模型整体渲染效果图，将渲染结果保存为图片，记为beauty.png，该图片主要是为了实现纹理部分替换，因为一个场景中可能有多个模型，在渲染的时候也许场景中并不是所有模型都需要替换材质，因此整体渲染效果图主要是使得不需要纹理替换的模型部分其效果仍然是原来渲染的效果；

步骤1-2，渲染完成后需要导出以下5种图片：