一种超高精度的织物实时渲染方法技术

本发明专利技术公开了一种超高精度的织物实时渲染方法，包括：对目标织物样本进行扫描获得原始数据；将原始数据分为顶部飞线层和底部表面层；将飞线层以极为优化的链表式空间存储方案进行存储；将底部表面层以低精度高度图和高精度法线、切线图进行存储；对顶部及底部原始数据分别进行聚类，并对每个类进BTF采样从而拟合获得每个聚类簇的BRDF参数；基于获得的BRDF进行LOD预处理；对织物样本进行切割并根据最终的织物的纹理样式进行重构得到排列表；进行最终渲染。该方法解决了目前无法在实时绘制领域进行超高精度织物绘制的问题，极大的提高了实时绘制中织物的真实感，并且保持了较高的绘制效率。

A Real-time Rendering Method for Ultra-High Precision Fabrics

【技术实现步骤摘要】
一种超高精度的织物实时渲染方法
本专利技术涉及实施绘制
，具体涉及一种超高精度的织物实时渲染方法。
技术介绍
在实时绘制领域，复杂材质的光照的计算对于最终生成图像的真实感起到了至关重要的作用，在电影工业，游戏制作，虚拟现实等领域中具有广泛的需求和应用。尤其是服装和织物外观真实感渲染的应用越来越广泛，并成为一个研究的热点。然而，绘制出具有照片级别的织物外观效果依旧具有很大地挑战性。因此具有照片级别真实度的织物渲染技术具有极高的商业价值和学术价值。传统的织物渲染方法把织物建模为一个简单的二维平面或者参数曲面，并使用纹理和贴图来模拟出布料的外观。然而，随着计算机硬件水平的发展和渲染技术的进步，由于传统的织物渲染方法忽略了织物的真实几何结构，使得其渲染结果缺乏真实性。同时，传统的织物渲染方法会使得织物在近距离观察时失真，缺失大量的布料细节。如何对织物进行建模，从而构建真实丰富的织物外观是值得研究的问题。另外，实现基于微外观模型的相关技术，真实感渲染出实际常见的织物物品，对目前的应用和研究有一定价值。现有的织物渲染技术方案为基于纹理映射的织物渲染方法，该织物渲染方法是把织物几何模型建模为一张或多张三维曲面，并且手动或半自动化地构造织物的纹理图片，在渲染的过程中使用双向纹理函数来构造织物的外观细节。但是该方法存在以下缺点：首先，基于纹理映射的织物渲染方法尽管具有实时渲染的效率，缺忽略了织物本身的几何构造，在近距离观察时会造成很大的失真。此外，基于纹理映射的织物渲染方法的纹理材质图片需要通过手动或者半自动化来构造，使得制造成本提高。申请公布号为CN108694739A的专利申请公开了一种基于微外观模型的织物真实感外观渲染系统及方法，系统包括织物模型构建模块、织物模型合成模块、体纹理映射模块以及渲染模块，通过结合纤维级别的织物样本体素模型和织物照片，系统自动构建出可渲染的织物体外观模型。同时，系统采用基于物理的渲染方法，对织物进行渲染，可生成出高真感的织物图片。该方法中，纹理数据来自于纤维级别的织物样本体素模型和织物照片，会造成渲染后的真实感和细节上有所欠缺。因此，迫切地，需要一种能够提升真实感和细节精度的渲染绘制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超高精度的织物实时渲染方法，该方法通过控制织物采集过程，和纹理数据的获得，提升了绘制织物的真实感和细节精度，且在渲染绘制过程中，能够动态改变材质。为实现上述专利技术目的，提供以下技术方案：一种超高精度的织物实时渲染方法，包括以下步骤：(1)获取目标织物样本的原始数据，该原始数据包含了目标织物样本的每一根编织线的方向以及密度，并以三维体素的形式进行存储；(2)将原始数据分为顶部飞线层和底部表面层；(3)将顶部飞线层改成稀疏链表的形式进行存储，将底部表面层以低精度高度图、高精度法线图以及高精度切线图进行存储；(4)在顶部飞线层、底部表面层中存储表示织物材质属性的BRDF参数；(5)根据获得的BRDF参数对顶部飞线层、底部表面层进行LOD预处理，并获得每层级的LOD预处理结果图的BRDF参数；(6)对目标织物样本进行切割，并以排列组合获得的结果最接近目标织物样本为目标，对切割获得的样本进行排列组合，以构建目标织物的纹理样式以及纹理样式对应的排列表；(7)根据步骤(6)获得的排列表以及层级的LOD预处理结果图的BRDF参数对织物模型进行光照渲染。本专利技术提供的超高精度的织物实时渲染方法，能够实时性的渲染超高精度的织物，解决了目前无法在实时绘制领域进行超高精度织物绘制的问题，极大的提高了实时绘制中织物的真实感，并且保持了较高的绘制效率。一种超高精度的织物实时渲染方法，包括以下步骤：根据上述超高精度的织物实时渲染方法获得每层级对应的BRDF参数；改变BRDF参数；利用改变的BRDF参数对织物进行实时渲染。该超高精度的织物实时渲染方法中，已经获得的BRDF参数可以作为材质库存储起来，应用时，通过改变某些参数可以动态地调整材质，利用调整后的材质进行实时渲染，这样能够节省渲染的时间，提升绘制效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是超高精度的织物实时渲染方法的流程图；图2是对原始数据进行分层及分层结果示意图；图3是建立的局部半球坐标系的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。为了提升对织物渲染的真实感和精细度，本专利技术提供一种高精度的织物实时渲染方法，如图1所示，具体包括以下步骤：S101，取目标织物样本的原始数据，该原始数据包含了目标织物样本的每一根编织线的方向以及密度，并以三维体素的形式进行存储。该步骤中，以含有整个目标织物的所有颜色、形状以及材质的区域作为目标织物样本，并采用micro-CT扫描仪对目标织物样本进行超高分辨率的三维断层扫描，获得扫描点的方向信息以及密度信息，该方向信息以及密度信息作为原始数据。因为目标织物样本是代表目标织物的，因此，在选择目标织物样本时，目标织物样本要覆盖目标织物的所有信息，具体地选择含有整个目标织物的所有颜色、形状以及材质的区域作为目标织物样本，这样根据目标织物样本获得的BRDF参数很全面，为后续渲染提供了全面可靠的材质，以提升渲染的真实性。原始数据是以三维体素的形式进行存储，即以(x，y，z)表示的体素形式的进行存储，但是本专利技术中获得原始数据还包括密度信息，因此，本实施例中原始数据以(x，y，z，ρ)形式存储，其中，根据x，y，z信息即可以获得编织线的方向，ρ表示编织线的密度。S102，将原始数据分为顶部飞线层和底部表面层。织物的顶部和底部会呈现出不同的纹理样式，为了较准确、清楚地获得织物的材质信息，需要将目标织物进行分层，具体地，分层方法为：针对每个体素点，满足以下两个分层条件时即进行分层：分层条件1：体素点在垂直方向上距离织物表面或毛线的距离至少大于8个体素；分层条件2：体素点与该体素点附近邻域内体素平均值相差4个体素以上或8个体素以上，同时，体素点与该体素点附近邻域内体素的方差相差4个体素以上或8个体素以上；将满足分层条件1和分层条件2的体素点分离出来，形成顶部飞线层；将原始数据转化为高度图，该高度图即表示底部表面层。本实施例中，体素点附近邻域是指该体素点在体素数据中空间上的附近其他体素点。分离的示意图如图2所示，其中，Volume表示采集到的体素数据，Flyaways表示飞线层，HeightField表示高度图。S103，将顶部飞线层改成稀疏链表的形式进行存储，将底部表面层以低精度高度图、高精度法线图以及高精度切线图进行存储。为了优化存储结构，大大降低数据的存储量，对顶部飞线层和底部表面层进行优化存储，具体地，针对顶部飞线层，建立两张包含R(red)、G(green)、B(blue)、A(alpha)通道的纹理，分别为T1纹理和T2纹理，T1纹理的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高精度的织物实时渲染方法，包括以下步骤：(1)获取目标织物样本的原始数据，该原始数据包含了目标织物样本的每一根编织线的方向以及密度，并以三维体素的形式进行存储；(2)将原始数据分为顶部飞线层和底部表面层；(3)将顶部飞线层改成稀疏链表的形式进行存储，将底部表面层以低精度高度图、高精度法线图以及高精度切线图进行存储；(4)在顶部飞线层、底部表面层中存储表示织物材质属性的BRDF参数；(5)根据获得的BRDF参数对顶部飞线层、底部表面层进行LOD预处理，并获得每层级的LOD预处理结果图的BRDF参数；(6)对目标织物样本进行切割，并以排列组合获得的结果最接近目标织物样本为目标，对切割获得的样本进行排列组合，以构建目标织物的纹理样式以及纹理样式对应的排列表；(7)根据步骤(6)获得的排列表以及层级的LOD预处理结果图的BRDF参数对织物模型进行光照渲染。

【技术特征摘要】
1.一种超高精度的织物实时渲染方法，包括以下步骤：(1)获取目标织物样本的原始数据，该原始数据包含了目标织物样本的每一根编织线的方向以及密度，并以三维体素的形式进行存储；(2)将原始数据分为顶部飞线层和底部表面层；(3)将顶部飞线层改成稀疏链表的形式进行存储，将底部表面层以低精度高度图、高精度法线图以及高精度切线图进行存储；(4)在顶部飞线层、底部表面层中存储表示织物材质属性的BRDF参数；(5)根据获得的BRDF参数对顶部飞线层、底部表面层进行LOD预处理，并获得每层级的LOD预处理结果图的BRDF参数；(6)对目标织物样本进行切割，并以排列组合获得的结果最接近目标织物样本为目标，对切割获得的样本进行排列组合，以构建目标织物的纹理样式以及纹理样式对应的排列表；(7)根据步骤(6)获得的排列表以及层级的LOD预处理结果图的BRDF参数对织物模型进行光照渲染。2.如权利要求1所述的超高精度的织物实时渲染方法，其特征在于，步骤(1)中，以含有整个目标织物的所有颜色、形状以及材质的区域作为目标织物样本，并采用micro-CT扫描仪对目标织物样本进行超高分辨率的三维断层扫描，获得扫描点的方向信息以及密度信息，该方向信息以及密度信息作为原始数据。3.如权利要求1所述的超高精度的织物实时渲染方法，其特征在于，步骤(2)中，针对每个体素点，满足以下两个分层条件时即进行分层：分层条件1：体素点在垂直方向上距离织物表面或毛线的距离至少大于8个体素；分层条件2：体素点与该体素点附近邻域内体素平均值相差4个体素以上或8个体素以上，同时，体素点与该体素点附近邻域内体素的方差相差4个体素以上或8个体素以上；将满足分层条件1和分层条件2的体素点分离出来，形成顶部飞线层；将原始数据转化为高度图，该高度图即表示底部表面层。4.如权利要求1所述的超高精度的织物实时渲染方法，其特征在于，步骤(3)中，建立两张包含R、G、B、A通道的纹理，分别为T1和T2，T1纹理的每个通道存储了对应飞线的起始高度，T2纹理的每个通道存储了对应飞线的终止高度，从而T1纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，鲍虎军，赵爽，徐超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33