半透明物体漫散射效果的实时绘制与材质编辑

半透明物体透明效果的真实感绘制是近年来研究的热点,提出一种针对半透明物体漫散射效果的实时真实感绘制与材质动态编辑方法--基于双向表面散射反射率函数(BSSRDF)的Dipole近似.通过主元分析将Dipole近似中的漫散射材质甬数分解为与形状相关甬数和与半透明材质相关函数的乘积形式;利用该分解表示,在预辐射传输的实时真实感绘制框架下,通过对散射传输的预计算来实现在多种光源环境下对半透明物体材质的实时编辑.此外,还提出一种对预计算辐射传输数据在空域上进行二次小波压缩的方法,利用表面点在空间分布位置的相关性,在保证绘制质量的前提下,大大压缩了数据,提升了绘制效率.实验结果表明,文中方法可以生成具有高度真实感的半透明效果并保证实时的绘制速度.     

一种动态物体次表面散射实时绘制方法

在给出非均匀材质建模描述方法的基础上,通过对光线类型和光的次表面散射物理过程进行分解,分别给出了图像空间非均匀材质单次散射和多次散射的近似计算方法。延迟着色思想的融入,满足了动态物体实时绘制的需要,并可较好地适用于分层非均匀半透明材质。     

环境光照下的毛发渲染与外观编辑

提出一种复杂环境光照条件下交互级毛发绘制与外观编辑的算法,其中光源采用球面径向基函数(SRBF)表示.推导出了一个可以用来精确表达Marschner毛发散射函数(Marschner S R,Jensen H W,Cammarano M,et al.Light scattering from human hair fibers.ACM Transactions on Graphics,2003,22(3):780-791)[2]的简洁一维圆高斯表达,该表达可以高效地以解析形式计算每个SRBF光源与毛发散射函数的积分,因此支持高效的单次散射和多次散射计算.与前人工作不同,文中算法完全在运行时进行所有的计算,不需要昂贵的预计算步骤,因此可以动态地改变毛发的散射参数.分析表明,文中提出的近似表示是精确且简洁的.此外,该算法可以处理椭圆头发截面的情况.通过在GPU上实现,文中算法可以达到交互帧率.     

反射剖面精确拟合的次表面散射计算方法

近年来,随着电影、游戏、虚拟现实应用等对真实感要求的不断提高,针对人体组织、牛奶等半透明材质的实时渲染变得越发重要.针对当前大部分次表面散射计算方法难以正确估计散射范围的问题,提出了一种全新的次表面散射计算方法用以精确表示最大散射距离.首先,针对暴力蒙特卡洛光子追踪结果进行模拟,以得到反射剖面结果.其次通过多项式模型进行反射剖面拟合,计算精确着色点处的最大散射范围.最后,提出了一种新的重要性采样方案以减少蒙特卡洛所需的采样数,进一步提高计算效率.此外,方法所需的参数仅由着色点上的反射率以及材质平均自由程提供,以便于灵活调整渲染效果.实验证明,所提模型避免了之前对于散射范围的错误估计,对材质反射率复杂的区域具有更好的渲染精度,且渲染速率满足实时要求.     

基于虚拟光源的实时半透明材质渲染

半透明材质渲染是实时渲染领域的重要研究部分。针对透射渲染依赖于准确的透射厚度计算,往往受限于场景模型和光照的复杂度问题,提出一种基于虚拟光源来计算半透明材质渲染中的透射厚度的方法。即在场景中增加一个虚拟光源,并在虚拟光源处使用排序算法来计算场景的深度信息。在计算从真实光源到着色点处的透射厚度时,提出在两者世界空间连线的直线段上进行采样,统计在物体内部的采样点占总采样点数目的比例,乘以直线段的长度得到估计结果。并且,当场景中存在多个真实光源时,基于采样的方法能够 复用虚拟光源中存储的场景深度信息。该算法能够有效地提升透射厚度计算的准确率,也能减轻场景中光源数量增多带来的显存开销问题。实验证明该方法能在效率、效果和显存开销之间取得较好的平衡。     

半透明三维物体表面光泽真实感实时渲染方法

针对具有半透明特性玉石的真实感渲染问题,提出一种利用高光层、漫反射层、透射层三层光照模型叠加的解决方法。首先对散射层结合漫反射剖面来模拟半透明玉石的次表面散射效果,提出一种可改变漫反射剖面的散射方法,表达不同种类玉石漫反射剖面的特点;然后对透射层利用预计算的本地厚度贴图结合高斯线性和,实现基于表面厚度光的透射效果,再在能量守恒的基础上与基于微平面的高光反射项进行叠加,得到一个基于三层光照模型的真实感半透明材质表现。实验结果表明,所提出的方法能实现不同种类半透明玉石真实感渲染,且在片面数达160万时可保证30帧/秒的实时效率。     

三维物体表面材质实时编辑

艺术家进行设计时,常常需要一种可以交瓦地修改模型表面材质的工具.为了在环境光下对模型表面的材质进行实时编辑,提出一种基于预计算辐射传输的算法:首先预计算环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性;然后在绘制时实时计算物体表面的双向反射分布函数(BRDF);最后通过查找环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性,快速绘制出物体表面材质.实验结果表明,使用该算法,用户可以通过调节BRDF的参数,实现物体表面材质的实时动态编辑,同时支持动态视点和动态环境光.     

半透明效果在RenderMan中的实现

在RenderMan中,运用其Shading Language编写半透明材质实现了半透明效果,并和在Mental Ray中实现的半透明材质的效果作比较,得出其优劣及其原因.     

复杂环境光照下的半透明材质恢复算法

针对半透明材质的特性,将折射率和BRTDF模型同时引入绘制过程,给出一套有效的求解复杂环境光照下半透明物体参数的算法.通过分析各参数间的相互关系和作用,依次估计半透明材质的颜色、折射率、透射系数、漫反射系数、镜面反射系数和表面粗糙度系数,然后将这些参数值作为初值重复上述计算过程,利用这种递归的方法逐次求精各参数.实验表明,该算法在少数几次递归后能够高精度地恢复半透明材质参数,而且这些恢复的参数可有效地用于新场景的绘制.     

可变材质的实时全局光照明绘制

现有的基于预计算的全局光照明绘制算法都假设场景中物体的材质固定不变,这样,从入射光照到出射的辐射亮度之间的传输变换就是线性变换.通过对这种线性变换的预计算,可以在动态光源下实现全局光照明的实时绘制.但是,当材质可以改变时,这种线性变换不再成立,因此,现有算法无法直接用于动态材质的场景.提出了一种方法:在修改场景中的物体材质时,可以实时得到场景在直接光照和间接光照下的绘制效果.将最终到达视点的辐射亮度根据其之前经过的反射次数及相应的反射材质分为多个部分,每个部分和先后反射的材质的乘积成正比,从而把该非线性问题转化为线性问题.又将所有可选的材质都表示为一组基的线性组合.将这组基作为材质赋予场景中的物体,就有各种不同的组合方式,预计算每种组合下所有部分的出射辐射亮度.在绘制时,根据各物体材质投影到基上的系数线性组合预计算的数据就能实时得到最终的全局光照明的绘制结果.该方法适用于几何场景、光照和视点都不发生变化的场景.使用双向反射分布函数来表示物体的材质,不考虑折射或者半透明的情况.该实现最多包含两次反射,并可以实时绘制得到一些很有趣的全局光照明效果,比如渗色、焦散等等.     

Real-time editing and relighting of homogeneous translucent materials

Existing techniques for fast, high-quality rendering of translucent materials often fix BSSRDF parameters at precomputation time. We present a novel method for accurate rendering and relighting of translucent materials that also enables real-time editing and manipulation of homogeneous diffuse BSSRDFs. We first apply PCA analysis on diffuse multiple scattering to derive a compact basis set, consisting of only twelve 1D functions. We discovered that this small basis set is accurate enough to approximate a general diffuse scattering profile. For each basis, we then precompute light transport data representing the translucent transfer from a set of local illumination samples to each rendered vertex. This local transfer model allows our system to integrate a variety of lighting models in a single framework, including environment lighting, local area lights, and point lights. To reduce the PRT data size, we compress both the illumination and spatial dimensions using efficient nonlinear wavelets. To edit material properties in real-time, a user-defined diffuse BSSRDF is dynamically projected onto our precomputed basis set, and is then multiplied with the translucent transfer information on the fly. Using our system, we demonstrate realistic, real-time translucent material editing and relighting effects under a variety of complex, dynamic lighting scenarios.     

一种用于半透明体绘制的光学模型

为了高效率地重建3维医学图像,并能充分显示内部隐含分界面及内部细节的详细信息,提出了一种能在普通硬件条件下实现的用于半透明体绘制的光学模型IVROM(improved volume rendering optical model)。该模型在光线吸收与发射模型的基础上,考虑了阴影、直接散射与间接散射等因素。此外,还详细介绍了结合该模型与Shear-Warp算法的半透明体绘制方法的实现。实验结果表明,采用该模型的半透明体绘制方法不仅效率高,而且显示效果好。     

窗口系统半透明机制研究

本文提出了一种适合计算半透明窗口混合颜色的图像混合公式，详细介绍了实现窗口系统半透明机制需要解决的窗口裁剪、窗口操作等关键问题的解决方案。在嵌入式窗口系统Nano-X上的实验表明，该方法运行高效、实现简单