[发明专利]基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法

权利要求书

1.基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法，其特征在于，包括：

步骤1：建立光照模型；

选定反射计算的片元，获得片元中心的空间坐标及法线方向，以法线为Z轴，垂直于法线的两个正交方向为X、Y轴，建立渲染坐标系；

步骤2：入射光模态分解；

采用半球正交函数HOF将入射光照分解成多个模态，所述半球正交函数包括半球谐函数HSH、或者泽尼克半球函数ZSF、或者纵向半球函数LSF，获得各个模态的反射光辐照强度，具体表达为：

其中θ_i为渲染坐标系下入射光的高度角，范围是0到π/2；为渲染坐标系下入射光的方位角，范围是0到2π；共采用n项半球正交函数HOF逼近入射光辐照率每个模态的强度为α_k(k＝1,2,L,n)；

步骤3：将模态光照明下的材料反射特性按入射光照模态强度进行叠加，获得总的反射光辐照强度；包括：

基于步骤2中各个模态的反射光辐照强度，总的反射光辐照强度表示为：

将式(3-1)中的积分部分定义为材料在模态光照明下的反射特性，即：

则式(3-1)简化为：

用双向反射分布函数BRDF根据式(3-2)求得然后用半球正交函数将其逼近为：

将式(3-4)代入式(3-3)获得总的反射光辐照强度为：

L_o＝A·B·H (3-5)

其中，A向量代表入射光辐照率在半球正交函数HOF上的投影；矩阵B是各模态光照下材料反射特性在半球正交函数HOF上的投影；H向量是半球正交函数HOF在输出角上的表达。

2.根据权利要求1所述的基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法，其特征在于，所述双向反射分布函数BRDF为理论模型、或经验公式、或实测数据。

3.根据权利要求1所述的基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法，其特征在于，所述步骤2中，将片元上方的半球空间离散化为若干个方向，采用包括光线追踪、或体素追击的方法求出每个方向上的入射光辐射率

4.根据权利要求1所述的基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法，其特征在于，所述总的反射光辐照强度的矩阵形式的表达式为：

5.根据权利要求1所述的基于模态光照明的材料反射特性表征和渲染方法，其特征在于，使用步骤3中的式(3-5)可获得所需方向的反射光辐照强度。