获取材料双向散射分布函数的建模方法及设备技术

本申请公开了一种获取材料双向散射分布函数的建模方法及设备，基于AFM测试待测样品表面的形貌，并基于测试结果构建三维立体模型，并在该三维立体模型的基础上设置光源，建立光学仿真环境，在仿真的过程中不断改变光源的位置以及入射角度，收集汇总不同角度下待测样品的散射信息，最终基于散射信息构建该待测样品的BSDF函数。从而实现低成本、多角度、有能力、简单的获取由材料内光源发射光线出射至与空气界面的BSDF函数，实现对全空间光学属性的测量的目的。测量的目的。测量的目的。

【技术实现步骤摘要】
获取材料双向散射分布函数的建模方法及设备


[0001]本申请涉及光电子
，更具体的说，涉及一种获取材料双向散射分布函数的建模方法及设备。

技术介绍

[0002]双向散射分布函数(BSDF)是指当光线照射在某种材料上时，其反射的散射分布以及透射的散射分布的汇总函数，在光学仿真，动画制作，游戏渲染中反应物体真实的光线散射起决定性作用，是视觉效果模拟的必要输入。
[0003]在现有技术中，为获取材料的BSDF函数，通常需要用专用的设备去测量全空间光学属性，但现有的专门用于测试BSDF的机台，主要存在以下问题，1、在测试时按角度收费，单个样品每个角度需要几千元人民币，而为了获取准确的BSDF通常需要测试五个以上的角度，测试价格昂贵；2、测试速度受限于探测器的灵敏度，电路的稳定性，机器的转动速度限制，导致测试速度慢；3、样品尺寸要匹配测试所使用的光斑大小以及载台大小，通常需要5
×
5厘米以上的尺寸，对于样品尺寸的要求较高；4、难以测试光线由材料入射出射至空气。为了解决材料至空气的BSDF测试，通过制备折射率匹配半球的方式来实现，但是折射率匹配半球也并不能完全与所有的材料都匹配。
[0004]因此，目前亟需建立一种低成本对材料表面的双向散射分布函数的多角度测试，并且有能力、简单的获取由材料内光源发射光线出射至与空气界面的BSDF函数，用于实现对全空间光学属性的测量。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本申请提供了一种获取材料双向散射分布函数的建模方法及设备，以实现低成本、多角度、有能力、简单的获取由材料内光源发射光线出射至与空气界面的BSDF函数，用于实现对全空间光学属性的测量的目的。
[0006]为实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
[0007]本专利技术实施例第一方面提供了一种获取材料双向散射分布函数的建模方法，所述建模方法包括：
[0008]提供一待测样品，所述待测样品的一面为不规则表面；
[0009]在预设测试范围内利用原子力显微镜AFM测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面数据；
[0010]基于所述表面数据构建用于光学仿真的立体模型，所述立体模型为半球，所述半球上与球面相对的一面由所述表面数据构建；
[0011]利用所述立体模型构建光学仿真环境，所述光学仿真环境包括与所述立体模型球心重合的球形探测器、设置于所述球形探测器内圈的光源移动轨道，沿所述光源移动轨道以所述立体模型的球心做旋转测量的光源；
[0012]基于所述光学仿真环境进行光学仿真，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据，
所述全入射角BSDF数据包括空气入射至所述待测样品的BSDF数据和所述待测样品出射至空气的BSDF数据；
[0013]可选的，利用AFM测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面数据，包括：
[0014]利用AFM在20
×
20μm测试范围内测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面特性，并以数据形式保存。
[0015]可选的，所述基于所述表面数据构建用于光学仿真的立体模型，包括：
[0016]将所述表面特性导入建模软件，在所述建模软件中基于重复的所述表面数据，得到N
×
Ncm的表面数据，N的取值范围为小于等于5的正数；
[0017]基于所述N
×
Ncm的表面数据构建N
×
N
×
Ncm正方体的半个内切球，并以N
×
Ncm的表面数据作为所述半个内切球上与球面相对的一面，得到用于光学仿真的立体模型。
[0018]可选的，在所述建模软件中基于重复的所述表面数据，得到N
×
Ncm的表面数据，包括：
[0019]在所述建模软件中复制所述表面数据，得到多个表面数据；
[0020]对复制得到的部分表面数据进行镜像翻转，得到镜像的表面数据；
[0021]拼接正向的表面数据和所述镜像的表面数据，得到N
×
Ncm的表面数据，拼接处为相同数据。
[0022]可选的，所述N的取值为5。
[0023]可选的，利用所述立体模型构建光学仿真环境，包括：
[0024]在所述立体模型内设置半径小于所述立体模型半径的球形探测器，使所述球形探测器的球心与所述立体模型球心重合；
[0025]将光源移动轨道设置于所述球形探测器内圈，所述光源移动轨道上设置有波长为太阳光的光源，所述光源的出射光为M
×
Mcm的正方形平行光，M的取值范围为大于等于1，小于所述立体模型的半径的正数。
[0026]可选的，基于所述光学仿真环境进行光学仿真，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据，包括：
[0027]控制所述光源以所述立体模型的球心为圆心做旋转测量，所述旋转测量包括以
‑
90
°
至+90
°
的扫描范围，1
°
的扫描步进做相对表面任意角度入射，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据。
[0028]本专利技术实施例第二方面提供了一种获取材料双向散射分布函数的建模设备，所述建模设备包括：
[0029]AFM测试装置，用于在预设测试范围内对提供的待测样品的不规则表面进行测试，获取所述待测样品的表面数据；
[0030]建模装置，用于基于所述表面数据构建用于光学仿真的立体模型，所述立体模型为半球，所述半球上与球面相对的一面由所述表面数据构建；
[0031]仿真装置，用于利用所述立体模型构建光学仿真环境，所述光学仿真环境包括与所述立体模型球心重合的球形探测器、设置于所述球形探测器内圈的光源移动轨道，沿所述光源移动轨道以所述立体模型的球心做旋转测量的光源；基于所述光学仿真环境进行光学仿真，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据，所述全入射角BSDF数据包括空气入射至所述待测样品的BSDF数据和所述待测样品出射至空气的BSDF数据；
[0032]构建装置，用于根据所述全入射角BSDF数据构建获取材料双向散射分布函数。
[0033]可选的，所述AFM测试装置，具体用于：
[0034]利用AFM在20
×
20μm测试范围内测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面特性，并以数据形式保存。
[0035]可选的，所述建模装置，包括：
[0036]复制模块，用于将所述表面特性导入建模软件，在所述建模软件中复制所述表面数据，得到多个表面数据；
[0037]镜像模块，用于对复制得到的部分表面数据进行镜像翻转，得到镜像的表面数据；
[0038]拼接模块，用于拼接正向的表面数据和所述镜像的表面数据，得到N
×
Ncm的表面数据，拼接处为相同数据，N的取值范围为小于等于5的正数；
[0039]建模模块，用于基于所述N
×
Ncm的表面数据构建N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获取材料双向散射分布函数的建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：提供一待测样品，所述待测样品的一面为不规则表面；在预设测试范围内利用原子力显微镜AFM测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面数据；基于所述表面数据构建用于光学仿真的立体模型，所述立体模型为半球，所述半球上与球面相对的一面由所述表面数据构建；利用所述立体模型构建光学仿真环境，所述光学仿真环境包括与所述立体模型球心重合的球形探测器、设置于所述球形探测器内圈的光源移动轨道，沿所述光源移动轨道以所述立体模型的球心做旋转测量的光源；基于所述光学仿真环境进行光学仿真，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据，所述全入射角BSDF数据包括空气入射至所述待测样品的BSDF数据和所述待测样品出射至空气的BSDF数据；根据所述全入射角BSDF数据构建获取材料双向散射分布函数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用AFM测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面数据，包括：利用AFM在20
×
20μm测试范围内测试所述不规则表面，获取所述待测样品的表面特性，并以数据形式保存。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述表面数据构建用于光学仿真的立体模型，包括：将所述表面特性导入建模软件，在所述建模软件中基于重复的所述表面数据，得到N
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Ncm的表面数据，N的取值范围为正数；基于所述N
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Ncm的表面数据构建N
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N
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Ncm正方体的半个内切球，并以N
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Ncm的表面数据作为所述半个内切球上与球面相对的一面，得到用于光学仿真的立体模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述建模软件中基于重复的所述表面数据，得到N
×
Ncm的表面数据，包括：在所述建模软件中复制所述表面数据，得到多个表面数据；对复制得到的部分表面数据进行镜像翻转，得到镜像的表面数据；拼接正向的表面数据和所述镜像的表面数据，得到N
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Ncm的表面数据，拼接处为相同数据。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述N的取值为5。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述立体模型构建光学仿真环境，包括：在所述立体模型内设置半径小于所述立体模型半径的球形探测器，使所述球形探测器的球心与所述立体模型球心重合；将光源移动轨道设置于所述球形探测器内圈，所述光源移动轨道上设置有波长为太阳光的光源，所述光源的出射光为M
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Mcm的正方形平行光，M的取值范围为大于等于1，小于所述立体模型的半径的正数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述光学仿真环境进行光学仿真，获取所述待测样品的全入射角BSDF数据，包括：
控制所述光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乐，柯志杰，江方，冯妍雪，郑斐，崔恒平，蔡海防，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：