一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境；步骤2，拍摄用于光线补偿的图片；步骤3，拍摄材质图片；步骤4，计算材质表面的几何曲面形状；步骤5，计算材质表面的漫反射系数；步骤6，计算材质表面的镜面反射系数；步骤7，计算材质表面的置换信息；步骤8，计算材质的透明度值。

【技术实现步骤摘要】
一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法
本专利技术属于计算机图形学领域，涉及一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法。
技术介绍
材料表面视觉信息的用途相当广泛，主要应用在工业可视化材质制作，虚拟现实材质制作，工业、服装、家具、装潢等数字材质制作，游戏材质制作，影视材质制作，CG材质制作等方面。现有的材质视觉扫描方案多基于两种采集模式，扫描仪或照相机。其重要问题有两点，一是采集信息不全面，仅能采集色彩信息。二是质量不稳定，无法广泛应用于多种材质视觉信息采集。针对上述问题，现有技术中也可将扫描仪或照相机获取的图像通过Photoshop、CrazyBump等软件转化生成材质表面的一些信息，但转化结果均存在非常严重的错误，很难用于高质量材质应用。而且转化后的数据类型无法规范统一，很难符合工业应用标准。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的问题是针对现有技术的不足，提供一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，从而快速的实现材质表面信息的提取并存储为材质贴图。技术方案：本专利技术公开了一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，其核心在于利用相机以及LED灯带拍摄不同方向光照的图片从而计算出材质表面几何和光照物理属性，包括计算材质表面的几何曲面形状，提取材质表面的漫反射和镜面反射系数，提取材质的透明度值以及其置换信息。包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境。步骤2，拍摄用于光线补偿的图片。步骤3，拍摄材质图片。步骤4，计算材质表面的几何曲面形状。步骤5，计算材质表面的漫反射系数。步骤6，计算材质表面的镜面反射系数。步骤7，计算材质表面的置换信息。步骤8，计算材质的透明度值其中步骤1如下：步骤1-1，制备遮光箱，遮光箱的长宽高分别为a，b，c(a，b，c一般取值分别为75cm，75cm，110cm)，将遮光箱内侧涂上亚光材料(这里使用了黑色涂料)，这样做是为了防止遮光箱内部灯带在摄图像时遮光箱内壁反射光线所造成的图像质量问题。步骤1-2，遮光箱顶端中心处固定相机，在遮光箱底部10cm处设置透台，用于放置待拍摄物体，由于要使得底部灯光可以透过透台，因此透台材质选择了匀光板，匀光板不仅半透明更有发散光线的作用。步骤1-3，在遮光箱内部设置灯光组。包括：顶部灯光组，设置在机镜头下方3cm处，包括四条LED灯带；底部灯光组，设置在遮光箱底部，包括四条LED灯带，在透台下侧。四周灯光组，设置在透台上侧20cm处，遮光箱内侧四周与底部夹角呈45°，根据灯光打亮时拍摄图片亮度范围分别命名为东部灯组，南部灯组，西部灯组，北部灯组。其中东部灯组拍摄出来的图片右半部分亮，西部灯组拍摄出来的图片左半部分亮，南部灯组拍摄出来的图片下半部分亮，北部灯组拍摄出来的图片上半部分亮。步骤1-4，在所有灯组上放着滤光膜。以形成方向光源。步骤2如下：步骤2-1，透台上什么都不放，打开顶部灯组，相机进行拍摄，存储为Top；步骤2-2，打开东部灯组，相机进行拍摄，存储为East；步骤2-3，打开西部灯组，相机进行拍摄，存储为West；步骤2-4，打开北部灯组，相机进行拍摄，存储为North；步骤2-5，打开南部灯组，相机进行拍摄，存储为South；为了保证图像质量，这里存储的所有图像都是.gif格式的。当然也可以存储为其他格式。步骤3如下：步骤3-1，将材质样本平整的放置于半透明透台中央部分(由于遮光箱内侧四周的灯带与透台平面呈45度角，离LED灯带越近亮度越大，越远亮度越低，为了得到光线质量更好的图像，最好将材质放置于透台中央，这里的透台材质为匀光板，所以是半透明透台)，在相机镜头上放置滤光镜，这里使用滤光镜是为了滤除拍摄图像的高光信息，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组，南部灯组以及底部灯组，打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T1，Image_E1，Image_W1，Image_N1，Image_S1，Image_B1，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F1；步骤3-2，取下相机镜头上放置滤光镜，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组以及南部灯组，并打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T2，Image_E2，Image_W2，Image_N2和Image_S2，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F2。步骤4包括以下步骤：步骤4-1，将拍摄图片North，South，West，East，Top转换为单通道浮点亮度图，分别记为NorthL，SouthL，WestL，EastL，TopL。对于三通道的图片Img来说，设其三通道为Ir，Ig，Ib代表红，绿，蓝三通道，最后得到的单通道亮度记为ImgL，则ImgL＝(Max(Ir，Ig，Ib)+Min(Ir，Ig，Ib))/(2.0*255.0)，其中Max表示取三者中最大值，Min表示取三者中最小值。步骤4-2，计算(TopL-NorthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgN；计算(TopL-SouthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgS；计算(TopL-WestL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgW；计算(TopL-EastL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgE；这里主要是防止Top较其他方向相比出现负数影响之后对于材质的光照补偿。采用平均值的原因也是为了防止出现补偿过度。步骤4-3，计算(TopL-NorthL)+AvgN的值，得到北部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_N；计算(topL-SouthL)+AvgS的值，得到南部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_S；计算(topL-WestL)+AvgW的值，得到西部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_W；计算(topL-EastL)+AvgE的值，得到东部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_E；步骤4-4，将图片Image_N1，Image_S1，Image_W1，Image_E1，Image_T1都转换为单通道浮点亮度图，分别记为Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1，Image_EL1，Image_TL1。步骤4-5，光线补偿以及去除颜色影响，由于不同颜色对于光线的反应情况不同，因此要去除颜色对于亮度的影响，因此在进行光线补偿以及去除颜色时使用参数α对Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1和Image_EL1进行修正，公式如下：Image_NLN1＝Image_NL1_Data+ImageAdjust_N*α-Image_TL1，Image_SLN1＝Image_SL1_Data+ImageAdjust_S*α-Image_TL1，Image_WLN1＝Image_WL1_Data+ImageAdjust_W*α-Image_TL1，Image_ELN1＝Image_EL1_Data+ImageAdjust_E*α-Image_TL1。其中Image_NL1_Data表示Image_NL1的像素值，Image_SL1_Data表示Image_SL1的像素值，Image本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境；步骤2，拍摄用于光线补偿的图片；步骤3，拍摄材质图片；步骤4，计算材质表面的几何曲面形状；步骤5，计算材质表面的漫反射系数；步骤6，计算材质表面的镜面反射系数；步骤7，计算材质表面的置换信息；步骤8，计算材质的透明度值。

【技术特征摘要】
1.一种提取材质表面几何和光照物理属性的方法，包括以下步骤：步骤1，搭建拍摄环境；步骤2，拍摄用于光线补偿的图片；步骤3，拍摄材质图片；步骤4，计算材质表面的几何曲面形状；步骤5，计算材质表面的漫反射系数；步骤6，计算材质表面的镜面反射系数；步骤7，计算材质表面的置换信息；步骤8，计算材质的透明度值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：步骤1-1，制备遮光箱，遮光箱的长宽高分别为a、b和c，将遮光箱内侧涂上亚光材料；步骤1-2，遮光箱顶端中心处固定相机，在遮光箱底部10cm处设置透台，用于放置待拍摄物体，透台的透台材质为匀光板；步骤1-3，在遮光箱内部设置灯光组，包括：顶部灯光组，设置在相机镜头下方3cm处，包括四条LED灯带；底部灯光组，设置在遮光箱底部，包括四条LED灯带，在透台下侧；四周灯光组，设置在透台上侧20cm处，并与遮光箱内侧四周与底部夹角呈45°，根据灯光打亮时拍摄图片亮度范围分别命名为东部灯组、南部灯组、西部灯组和北部灯组，其中东部灯组拍摄出来的图片右半部分亮，西部灯组拍摄出来的图片左半部分亮，南部灯组拍摄出来的图片下半部分亮，北部灯组拍摄出来的图片上半部分亮；步骤1-4，在所有灯组上放置滤光膜，以形成方向光源。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：步骤2-1，透台上不放置任何物体，打开顶部灯光组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为Top；步骤2-2，打开东部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为East；步骤2-3，打开西部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为West；步骤2-4，打开北部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为North；步骤2-5，打开南部灯组，相机进行拍摄，拍摄图片存储为South。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3包括以下步骤：步骤3-1，将材质样本平整的放置于半透明透台(匀光板)中央部分，在相机镜头上放置滤光镜，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组，南部灯组以及底部灯组，并打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T1，Image_E1，Image_W1，Image_N1，Image_S1和Image_B1，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F1；步骤3-2，取下相机镜头上放置的滤光镜，依次打开顶部灯组，东部灯组，西部灯组，北部灯组以及南部灯组，并打开相机进行拍摄，将拍摄的图片依次存储为Image_T2，Image_E2，Image_W2，Image_N2和Image_S2，最后打开除底部灯组外的其他灯组，并打开相机进行拍摄，拍摄图片存储为Image_F2。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤：步骤4-1，将拍摄图片North，South，West，East和Top转换为单通道浮点亮度图，分别记为NorthL，SouthL，WestL，EastL和TopL，对于三通道的图片Img，设其三通道为Ir，Ig，Ib，分别代表红，绿，蓝三通道，最后得到的单通道亮度记为ImgL，则：ImgL＝(Max(Ir，Ig，Ib)+Min(Ir，Ig，Ib))/(2.0*255.0)其中Max表示取三者中最大值，Min表示取三者中最小值；步骤4-2，计算(TopL-NorthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgN；计算(TopL-SouthL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgS；计算(TopL-WestL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgW；计算(TopL-EastL)<0的所有像素的平均值的绝对值，记为AvgE；步骤4-3，计算(TopL-NorthL)+AvgN的值，得到北部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_N；计算(topL-SouthL)+AvgS的值，得到南部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_S；计算(topL-WestL)+AvgW的值，得到西部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_W；计算(topL-EastL)+AvgE的值，得到东部方向补偿信息，存储为ImageAdjust_E；步骤4-4，将图片Image_N1，Image_S1，Image_W1，Image_E1，Image_T1都转换为单通道浮点亮度图，保存为图片分别记为Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1，Image_EL1，Image_TL1；步骤4-5，使用参数α对Image_NL1，Image_SL1，Image_WL1和Image_EL1进行修正，公式如下：Image_NLN1＝Image_NL1_Data+ImageAdjust_N*α-Image_TL1，Image_SLN1＝Image_SL1_Data+ImageAdjust_S*α-Image_TL1，Image_WLN1＝Image_WL1_Data+ImageAdjust_W*α-Image_TL1，Image_ELN1＝Image_EL1_Data+ImageAdjust_E*α-Image_TL1；其中Image_NL1_Data表示Image_NL1的像素值，Image_SL1_Data表示Image_SL1的像素值，Image_WL1_Data表示Image_WL1的像素值，Image_EL1_Data表示Image_EL1的像素值；步骤4-6，新建两个三通道的图像NorthWest和SouthEast，将Image_WLN1的值作...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕高建，宋佳，郭延文，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32