[发明专利]三维毛发模型不透明度的渲染方法

说明书

三维毛发模型不透明度的渲染方法，采集三维毛发模型在多个参考视角下的前景蒙版；选取若干与选定的三维点的视角最邻近的参考视角；将三维点投影到参考视角对应的前景蒙版图片上，得到若干不透明度值；对不透明度值加权混合，得到结果。本发明能够实时地计算出三维毛发模型在任意视角下的前景蒙版，所计算出的不透明度的值与真实值更接近，计算用时少，效果更佳真实。

技术领域

本发明涉及计算机图形绘制领域，具体地说是在各视角下的三维毛发模型不透明度的渲染方法。

背景技术

头发是三维人体形象中重要的组成部分；头发位于容易观察到的显著位置，其效果对三维模型的优劣有着重要的影响。然而，头发的不透明度的渲染计算存在一定难度——头发通常很细而覆盖不满一个像素，因此在渲染时就需要计算头发层对应的不透明度值来将头发层和背景层混合。

现在许多渲染毛发的方法都将毛发模型作为面片来渲染，忽视了它边缘的不透明度，使渲染结果的真实性很低。也有方法是用无规则透明度(OIT，Order IndependentTransparency)算法来计算毛发的不透明度，该算法将每根头发都看作是具有相同透明度的一层，对重叠在同一个像素中的所有头发进行颜色和透明度的混合，最终得到混合后头发的不透明度。这个算法虽然大大提高了渲染的真实性，但是计算量很大，耗时很多。

CN201210505033.2号专利所公开的基于光线跟踪的毛发渲染方法，通过将一个像素内的采样集合成为一个光锥，显著地降低了渲染毛发这样精细几何所需要的采样率。建立了一个包围体加速结构来快速得到可能与光锥相交的发丝，并且用一系列相连的带形来近似投影到成像平面之后的发丝。此外，通过忽略光锥内着色、不透明度以及遮挡的变化，大大降低了合成以及滤波透明采样的开销。

目前需要一种计算量小，效果好的头发模型渲染方法。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种三维毛发模型不透明度的渲染方法。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包含如下步骤：

S1，采集三维毛发模型在多个参考视角下的前景蒙版；

S2，选取若干与选定的三维点的视角最邻近的参考视角；

S3，将三维点投影到参考视角对应的前景蒙版图片上，并得到若干不透明度值；

S4，对不透明度值加权混合，得到结果。

进一步地，S1中，所述参考视角的相机均匀分布在以模型为中心的球面上。进一步地，S2中，每一个三维点X，选取与当前视角V^*夹角最小的k个参考视角，参考视角V_i与当前视角V^*之间夹角θ_i的计算公式为：θ_i＝(V^*-X),(V_i-X)。进一步地，S2中，将球均匀地划分成若干网格，记录以每个网格为中心的窗口覆盖的参考视角的序号，将三维坐标转换成极坐标。

进一步地，S2中，遍历渲染窗口的每一个像素点，通过反投影得到该像素点对应的三维点，并计算三维点在当前视角下的不透明度。

进一步地，S3中，将三维点投影到参考视角对应的前景蒙版上，通过读取像素值得到该三维点在这k个参考视角下的k个不透明度，二维图像上的坐标计算公式如下：

x＝KR[I|-C]X

其中，K是相机内参，[R,C]是相机外参，x是三维点在前景蒙版上的二维像素点坐标。

进一步地，S4中，对不透明度值作加权混合，权重和对应的参考视角与当前视角得到夹角大小有关，夹角越小权重越大，权重的计算公式如下：