[发明专利]卡通高光顶点的渲染方法及装置

说明书

本申请提供了一种卡通高光顶点的渲染方法及装置，该方法包括：获取卡通模型的表面的粗糙度、泛光范围的最小值和最大值、法向量以及半角向量；基于所述粗糙度、所述泛光范围的最小值和最大值、所述法向量以及所述半角向量，计算所述卡通模型的高光顶点；基于所述高光顶点，来渲染所述卡通模型的高光顶点。本申请解决了现有技术中由于PBR对光线的精确模拟过于真实难以完全表现出卡通的简洁、扁平、明亮的特点的问题。

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，具体而言，涉及一种卡通高光顶点的渲染方法及装置。

背景技术

传统的光照模型通常是基于三个方向进行计算的，分别是法线方向、光照方向和视线方向。光照模型是通过计算物体表面法线方向和光照方向的夹角以及视线方向和表面法线方向的夹角来计算每个像素的亮度和颜色。同时，为了模拟物体表面的粗糙度，传统光照模型还引入了一些粗糙度参数，其中粗糙度是通过计算视线方向与反射向量之间的夹角来确定的。在一些性能要求较低的场景中，比如手机游戏、不重要的场景模型或其他渲染能力较低的平台上，传统光照模型往往被广泛使用。

但是，传统光照模型在计算真实光照效果方面存在一些不足，比如不能很好地模拟阴影、折射、散射等效果，因此在需要高质量渲染的场景中，需要使用更为复杂的渲染技术，比如基于物理的渲染(Physical Based Rendering，PBR)模型等。

PBR是一种更加现实的图形渲染技术，其建立在真实物理现象的基础上，通过模拟物体表面的光线散射、反射、透视和吸收光线来进行渲染。PBR使用精确的物理参数来描述材质的外观和行为，例如折射率、粗糙度、金属度等，使图形看起来更加逼真。PBR使用基于物理的环境光照模型来计算光线在表面上的反射和透射，能够获得更加真实的光照效果。

但是，PBR在渲染卡通高光顶点时存在一些问题。主要是由于其对光线的精确模拟过程过于真实，难以完全表现出卡通的简洁、扁平、明亮的特点。因为卡通风格强调颜色的单纯性和形式的抽象化，而PBR渲染过于依赖真实物理的光线模拟，不够灵活，难以准确地表达出卡通的特点。具体表现在PBR渲染下，卡通风格的物体会失去其原有的明亮、扁平、单纯的色彩特点，而呈现出过于真实的阴影和光影变化，使整体风格变得过于写实。

发明内容

本申请主要提供了一种卡通高光渲染方法及装置，以解决现有技术中由于PBR对光线的精确模拟过程过于真实，难以完全表现出卡通的简洁、扁平、明亮的特点的问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种卡通高光顶点的渲染方法，包括：获取卡通模型的表面的粗糙度、泛光范围的最小值和最大值、法向量以及半角向量；基于所述粗糙度、所述泛光范围的最小值和最大值、所述法向量以及所述半角向量，计算所述卡通模型的镜面高光顶；基于所述镜面高光顶，来渲染所述卡通模型的高光顶点。

在一个示例性实施例中，获取卡通模型的表面的粗糙度包括：将用于生成所述粗糙度的图案映射为粗糙度函数，其中，在用于生成所述粗糙度的图案为噪声图案的情况下，所述粗糙度函数为阈值函数，在用于生成所述粗糙度的图案为网格图案或斑点图案的情况下，所述粗糙度函数为与所述网格或所述斑点相应的周期函数；利用所述粗糙度函数，来获取所述卡通模型的表面的粗糙度。

在一个示例性实施例中，获取泛光范围的最小值和最大值包括：将待渲染的区域均匀划分成多个方格，计算每个方格中像素的平均亮度；针对每个方格中的像素，将其周围方格中最暗像素的平均值和最亮像素的平均值分别作为所述泛光范围的最小值和最大值。

在一个示例性实施例中，获取法向量以及半角向量包括：使用均方误差或平均绝对误差来设置神经网络的损失函数；使用训练数据集对所述神经网络进行训练，并调整所述神经网络的参数，使得所述损失函数的值逐渐降低至预设的阈值，以得到训练后的所述神经网络；将所述卡通模型的表面点的几何信息输入到训练后的所述神经网络中，得到所述法向量和所述半角向量。