一种基于物理着色的渲染方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物理着色的渲染方法及系统，该方法包括：利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；计算各像素点的环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；根据环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数，计算各像素点的反射颜色；将漫反射颜色与反射颜色相加得到对应物体各像素点的最终颜色；解决了半透明材质的渲染耗时大的问题，能够实现快速渲染；同时能够对偏光材质进行渲染，渲染效果好，使得虚拟模型更加逼真。

A rendering method and system based on physical coloring

【技术实现步骤摘要】
一种基于物理着色的渲染方法及系统
本专利技术涉及计算机图形学领域，特别涉及一种基于物理着色的渲染方法及系统。
技术介绍
随着三维可视化技术的发展，人们对虚拟现实的认知感越来越强。现实环境中物体呈现的光照效果会因物体材质的不同而不同，透明材质、半透明材质、不透明材质等的光学特性不一样，反射光和散射光的颜色组成特性不一样，因此渲染逼真的虚拟场景时必须考虑场景中各物体的材质属性。近年来，对于次表面的渲染已经取得了一定的研究成果，例如借助解全辐射传递方程可以精确但费时地模拟次表面散射，光子映射方法来模拟全次表面散射来渲染雨花石。散射函数来模拟次表面散射。但是这些解全辐射传递方程的方法虽然可以模拟所有次表面散射视觉效果，但计算复杂度异常高。基于物理的渲染(PBR)是一个近几年时常见诸于各大游戏行业技术交流、游戏开发商公关以及游戏媒体的渲染方法。目前人们所指的游戏中基于物理的渲染包括不少方面，例如线性空间，镜头模型，HDR等等。但是这些方式对次表面(尤其是半透明材质/偏光材质)散射渲染算法中存在耗时、耗内存、模拟效果不够好的缺点，因此，如何提高对半透明材质/偏光材质的渲染速度和渲染效果，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于物理着色的渲染方法及系统，解决了次表面的渲染、偏光材质的渲染，渲染效果好，使得虚拟模型更加逼真；能够实现快速渲染。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于物理着色的渲染方法，所述方法包括：利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；计算各所述像素点的环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；根据所述环境纹理值、所述徼表面遮蔽项值以及所述菲涅尔效应系数，计算对应物体各所述像素点的反射颜色；将所述漫反射颜色与所述反射颜色相加得到对应物体各所述像素点的最终颜色。可选的，所述利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色，包括：通过像素点的纹理坐标，确定各所述像素点对应的纹理RGB值；将各所述像素点对应的纹理RGB值与对应的基本颜色值相乘，得到各所述像素点对应的背景颜色值；根据所述纹理RGB值以及所述背景颜色值，利用能量守恒规则确定各所述像素点对应的材质底色；将所述材质底色与对应漫反射系数相乘，得到对应物体各所述像素点的漫反射颜色。可选的，所述计算各所述像素点的环境纹理值，包括：获取规范化处理后的反射向量；利用所述反射向量计算全境环境纹理坐标；根据所述全境环境纹理坐标，采样获得当前各所述像素点的环境纹理值。可选的，所述计算各所述像素点的徼表面遮蔽项值，包括：获取法向量与半角向量夹角NdotH、法向量与入射光向量夹角NdotL、法向量与视点向量夹角NdotV、视点向量与半角向量的夹角的余弦值VdotH、以及材质粗糙度数值gloss；利用计算各所述像素点的微表面遮蔽项值G；其中，G′＝G_Smith(a2，NdotL)*G_Smith(a2，max{e-8，NdotV})；其中，cos为VdotH。可选的，所述计算各所述像素点的菲涅尔效应系数，包括：获取输入的对应物体的菲涅尔强度fresnelStrength；利用fresnelWithOffset＝(1-α)*reflectivity+α*(1.0，1.0，1.0)计算各所述像素点的菲涅尔效应系数fresnelWithOffset；其中，α＝(1-VdotH+offset)4*fresnelStrength，reflectivity为初始反射光颜色，offset为菲涅尔偏移量。可选的，所述根据所述环境纹理值、所述徼表面遮蔽项值以及所述菲涅尔效应系数，计算对应物体各所述像素点的反射颜色，包括：利用specularLight＝sampleCol*fresnelWithOffset*G计算对应物体各所述像素点的反射颜色specularLight；其中，sampleCol为环境纹理值。本专利技术还提供一种基于物理着色的渲染系统，所述系统包括：漫反射颜色计算模块，用于利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；参数计算模块，用于计算各所述像素点的环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；反射颜色计算模块，用于根据所述环境纹理值、所述徼表面遮蔽项值以及所述菲涅尔效应系数，计算对应物体各所述像素点的反射颜色；最终颜色计算模块，用于将所述漫反射颜色与所述反射颜色相加得到对应物体各所述像素点的最终颜色。可选的，所述参数计算模块包括：环境纹理值计算单元，用于获取规范化处理后的反射向量；利用所述反射向量计算全境环境纹理坐标；根据所述全境环境纹理坐标，采样获得当前各所述像素点的环境纹理值。可选的，所述参数计算模块包括：徼表面遮蔽项值计算单元，用于获取法向量与半角向量夹角NdotH、法向量与入射光向量夹角NdotL、法向量与视点向量夹角NdotV、视点向量与半角向量的夹角的余弦值VdotH、以及材质粗糙度数值gloss；利用计算各所述像素点的徼表面遮蔽项值G；其中，G′＝G_Smith(a2，NdotL)*G_Smith(a2，max{e-8，NdotV})；其中，cos为VdotH。可选的，所述参数计算模块包括：菲涅尔效应系数计算单元，用于获取输入的对应物体的菲涅尔强度fresnelStrength；利用fresnelWithOffset＝(1-α)*reflectivity+α*(1.0，1.0，1.0)计算各所述像素点的菲涅尔效应系数freshelWithOffset；其中，α＝(1-VdotH+offset)4*fresnelStrength，reflectivity为初始反射光颜色，offset为菲涅尔偏移量。本专利技术所提供的一种基于物理着色的渲染方法，包括：利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；计算各像素点的环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；根据环境纹理值、徼表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数，计算各像素点的反射颜色；将漫反射颜色与反射颜色相加得到对应物体各像素点的最终颜色；可见，该方法解决了半透明材质的渲染耗时大的问题，能够实现快速渲染；同时能够对偏光材质进行渲染，渲染效果好，使得虚拟模型更加逼真；本专利技术还提供的一种基于物理着色的渲染系统，具有上述有益效果，在此不再赘述。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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的基于物理着色的渲染方法的流程图；图2为本专利技术实施例所提供的基于物理着色的渲染系统的结构框图。具体实施方式本专利技术的核心是提供一种基于物理着色的渲染方法及系统，解决了次表面的渲染、偏光材质的渲染，渲染效果好，使得虚拟模型更加逼真；能够实现快速渲染。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物理着色的渲染方法，其特征在于，所述方法包括：利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；计算各所述像素点的环境纹理值、微表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；根据所述环境纹理值、所述微表面遮蔽项值以及所述菲涅尔效应系数，计算对应物体各所述像素点的反射颜色；将所述漫反射颜色与所述反射颜色相加得到对应物体各所述像素点的最终颜色。

【技术特征摘要】
1.一种基于物理着色的渲染方法，其特征在于，所述方法包括：利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色；计算各所述像素点的环境纹理值、微表面遮蔽项值以及菲涅尔效应系数；根据所述环境纹理值、所述微表面遮蔽项值以及所述菲涅尔效应系数，计算对应物体各所述像素点的反射颜色；将所述漫反射颜色与所述反射颜色相加得到对应物体各所述像素点的最终颜色。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用材质底色以及漫反射系数计算对应物体各像素点的漫反射颜色，包括：通过像素点的纹理坐标，确定各所述像素点对应的纹理RGB值；将各所述像素点对应的纹理RGB值与对应的基本颜色值相乘，得到各所述像素点对应的背景颜色值；根据所述纹理RGB值以及所述背景颜色值，利用能量守恒规则确定各所述像素点对应的材质底色；将所述材质底色与对应漫反射系数相乘，得到对应物体各所述像素点的漫反射颜色。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算各所述像素点的环境纹理值，包括：获取规范化处理后的反射向量；利用所述反射向量计算全境环境纹理坐标；根据所述全境环境纹理坐标，采样获得当前各所述像素点的环境纹理值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算各所述像素点的微表面遮蔽项值，包括：获取法向量与半角向量夹角NdotH、法向量与入射光向量夹角NdotL、法向量与视点向量夹角NdotV、视点向量与半角向量的夹角的余弦值VdotH、以及材质粗糙度数值gloss；利用计算各所述像素点的微表面遮蔽项值G；其中，G′＝G_Smith(a2，NdotL)*G_Smith(a2，max{e-8，NdotV})；其中，cos为VdotH。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算各所述像素点的菲涅尔效应系数，包括：获取输入的对应物体的菲涅尔强度fresnelStrength；利用fresnelWithOffset＝(1-α)*reflectivity+α*(1.0，1.0，1.0)计算各所述像素点的菲涅尔效应系数fresnelWithOffset；其中，α＝(1-VdotH+offset)4*fresnelStrength，reflectivity为初始反射光颜色，offset为菲涅尔偏移量。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽宇，周剑，
申请(专利权)人：成都通甲优博科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51