一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，包括：根据仿真精度要求确定标准样件上的测量点分布；点亮红、绿、蓝三原色单色光，在测量点上出光面上的亮度数据；测量点上测量单色光光谱相对能量分布，计算单色光的颜色信息；将亮度数据变换到光度量下，得到出光面上的光度量下的亮度分布；选择多参数方程进行方程参数拟合；以出光面亮度分布方程为依据，设置发光表面材质的渲染方程中的亮度分布参数；写入三维表面数据、单色光源的颜色信息和最大亮度；根据单色光源的位置信息、三维表面数据及发光表面材质的渲染方程进行结果渲染。根据本发明专利技术，渲染过程中节省大量计算量，降低硬件需求，支持实时渲染的程序中以低的硬件成本实现极高的实时性。以低的硬件成本实现极高的实时性。以低的硬件成本实现极高的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法


[0001]本专利技术涉及氛围灯仿真渲染的
，特别涉及一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法。

技术介绍

[0002]现阶段氛围灯的仿真主要是应用于设计验证阶段，通过光子传输模拟来仿真光传输的过程及结果。通过光子传输模拟来仿真车内氛围灯的方法的仿真精度高度依赖光子数或者说采样数，采样数量高低的效果差别巨大，由此带来一下四种问题：一是计算量巨大，一个光子在氛围灯条透明硬光导的传输路径中，可能发生成千上万次的反射、折射，而加装了散射层后，光子在散射层的碰撞和透射需要更为庞大的计算量，而这样的计算在一次仿真过程中要对数万甚至数十万的光子进行；二是硬件需求高，庞大的计算量对于硬件性能的需求极高；三是实时性差，调整位置、模型等较为困难，同时较长的渲染时间也不存在实时多方位观察的可能性；四是缺乏与环境的多样性交互，由于传统仿真方式是基于光子传输路径计算的，对于环境光照的渲染、合成比较困难，而氛围灯并非用于照明的灯具，在视效预览中，与周围环境是否和谐是很重要的一环。以上四种问题的存在，使得氛围灯仿真渲染目前依然停留在设计验证阶段，仿真重点主要聚焦在亮度的分布上，在商业应用中，对于成品氛围灯的仿真渲染较为空白。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，在实际渲染过程中节省大量计算量，降低硬件需求，同时此仿真渲染方法可以在支持实时渲染的程序中以较低的硬件成本实现极高的实时性。为了实现根据本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，包括：
[0004]S1、放置标准待测样件；
[0005]S2、根据仿真精度要求确定标准样件上的测量点分布；
[0006]S3、分别点亮氛围灯样件红、绿、蓝三原色单色光，在标准样件的测量点上出光面上的亮度数据；
[0007]S4、在标准样件的测量点上测量红、绿、蓝三原色单色光光谱相对能量分布，并计算其三个单色光的颜色信息；
[0008]S5、将亮度数据变换到光度量下，得到氛围灯样件出光面上的光度量下的亮度分布；
[0009]S6、进行数据处理且根据仿真精度要求选择多参数方程进行方程参数拟合，得到样件中红、绿、蓝三种单色光出光面亮度分布方程；
[0010]S7、以出光面亮度分布方程为依据，分别设置红、绿、蓝三种发光表面材质的渲染方程中的亮度分布参数，设置渲染方程；
[0011]S8、写入待仿真氛围灯条的三维表面数据；
[0012]S9、写入红、绿、蓝三个单色光源的颜色信息和最大亮度；
[0013]S10、根据红、绿、蓝三个单色光源的位置信息、待仿真氛围灯条的三维表面数据及三种发光表面材质的渲染方程进行结果渲染。
[0014]优选的，待测样件与待仿真氛围灯产品导光方式、材质、截面尺寸一致，该待测样件上设置有多个亮度测量设备，待测样件放置在光学暗室中，且氛围灯用于车内装饰的氛围灯条，氛围灯包括一个RGB
‑
LED灯头、光导条及散射层，该氛围灯条内导光条位于出光面对侧设置有楔形结构，该楔形结构为导光齿，导光齿通过角度设计和长度的布置将光线反射到出光面。
[0015]优选的，步骤S2中，测量亮度信息可沿氛围灯条光线主传播方向按一定间距布置多个亮度测量设备或者布置一个亮度测量设备以一定的步长移动多次测量，布置的间距或者移动的步长应为待测样件单个导光齿长度的1/N或N倍，取决于仿真精度要求，其中N为大于等于1的正整数，其中氛围灯条光线主传播方向指灯头正方向及其在后续传播路径中的主要反射方向，通常垂直于出光面法线方向。
[0016]优选的，步骤S2中测量点分布决定了一个导光齿结构对应的出光面长度内所测得的数据数量，当此数据数量为1时，仅能仿真导光条整体上每个导光齿一个固定点对应的出光面点的亮度分布情况；当数据数量增大时，所测得数据还可以体现每个一导光齿对应的出光面内光亮度随距离导光齿反光面的距离远近而变化的情况。
[0017]优选的，步骤S3中亮度数据测量包括十次测量求均值，所述待测亮度数据包括辐射出射度及辐亮度可以表征其辐能量大小的物理量。
[0018]优选的，步骤S4中单色光光谱相对能量分布可由分光光度计测得，其结果反映了该色光中各波长分量的辐射能量大小，所述单色光颜色信息可由光谱相对能量分布和光谱各波长对应的三次激值积分得到。
[0019]优选的，步骤S6中数据处理包括通过采集点编号计算对应的传输距离，并对步骤S3中采集到的红、绿、蓝三组数据分别进行亮度和传输距离的对应，并将每组数据分为拟合部分和验证部分，比例约为2:1。
[0020]优选的，步骤S6中的方程参数拟合包括选择多参数方程并用数据中的拟合部分进行参数拟合，再用验证部分代入拟合后的方程进行回测，并计算误差，在可接受的误差范围内即接受该方程作为该单色光在此待仿真氛围灯产品中的出光面亮度方程。
[0021]本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：将氛围灯条抽象为一个黑盒，隐去了光在透明材质、半透明材质中传输过程中繁杂的反射、折射情况，模型更加简洁。略去了每次仿真都需要进行的庞大的光子追踪计算，对于形态各异一类氛围灯条，只需要进行一次性的测量和参数拟合，不需要特殊计算结构进行光线追踪，大大降低了对于仿真渲染的硬件要求。略去了每次仿真都需要进行的庞大的光子追踪计算，可以大幅提升每次仿真渲染的时间消耗。略去了每次仿真都需要进行的庞大的光子追踪计算，可以实时与环境交互。摆脱特定仿真软件的约束，只要可以进行自定义发光材质的三维渲染程序均可进行仿真渲染，对于不同的应用场景可以灵活采用不同特性的程序。不用进行采样
‑
降噪的过程，获得的渲染结果更平滑。
附图说明
[0022]图1为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的流程示意图；
[0023]图2为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的待测样件和亮度测量点示意图；
[0024]图3为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的导光条导光齿结构和测量点示意图；
[0025]图4为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的人眼明/暗视觉的视见函数图；
[0026]图5为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的CIE 1931XYZ系统的光谱三刺激值曲线图；
[0027]图6为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的CIE 1931XYZ系统的色品空间图；
[0028]图7为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的方程参数拟合的流程图；
[0029]图8为根据本专利技术的基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法的三维程序中发光表面材质的参数结构示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、放置标准待测样件；S2、根据仿真精度要求确定标准样件上的测量点分布；S3、分别点亮氛围灯样件的红、绿、蓝三原色单色光，在标准样件的测量点上出光面上的亮度数据；S4、在标准样件的测量点上测量红、绿、蓝三原色单色光光谱相对能量分布，并计算其三个单色光的颜色信息；S5、将亮度数据变换到光度量下，得到氛围灯样件出光面上的光度量下的亮度分布；S6、进行数据处理且根据仿真精度要求选择多参数方程进行方程参数拟合，得到样件中红、绿、蓝三种单色光出光面亮度分布方程；S7、以出光面亮度分布方程为依据，分别设置红、绿、蓝三种发光表面材质的渲染方程中的亮度分布参数，设置渲染方程；S8、写入待仿真氛围灯条的三维表面数据；S9、写入红、绿、蓝三个单色光源的颜色信息和最大亮度；S10、根据红、绿、蓝三个单色光源的位置信息、待仿真氛围灯条的三维表面数据及三种发光表面材质的渲染方程进行结果渲染。2.如权利要求1所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，待测样件与待仿真氛围灯产品导光方式、材质、截面尺寸一致，该待测样件上设置有多个亮度测量设备，待测样件放置在光学暗室中，且氛围灯用于车内装饰的氛围灯条，氛围灯包括一个RGB
‑
LED灯头、光导条及散射层，该氛围灯条内导光条位于出光面对侧设置有楔形结构，该楔形结构为导光齿，导光齿通过角度设计和长度的布置将光线反射到出光面。3.如权利要求2所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S2中，测量亮度信息可沿氛围灯条光线主传播方向按一定间距布置多个亮度测量设备或者布置一个亮度测量设备以一定的步长移动多次测量，布置的间距或者移动的步长应为待测样件单个导光齿长度的1/N或N倍，取决于仿真精度要求，其中N为大于等于1的正整数，其中氛围灯条光线主传播方向指灯头正方向及其在后续传播路径中的主要反射方向，通常垂直于出光面法线方向。4.如权利要求3所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S2中测量点分布决定了一个导光齿结构对应的出光面长度内所测得的数据数量，当此数据数量为1时，仅能仿真导光条整体上每个导光齿一个固定点对应的出光面点的亮度分布情况；当数据数量增大时，所测得数据还可以体现每个一导光齿对应的出光面内光亮度随距离导光齿反光面的距离远近而变化的情况。5.如权利要求1所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S3中亮度数据测量包括十次测量求均值，所述待测亮度数据包括辐射出射度及辐亮度可以表征其辐能量大小的物理量。6.如权利要求1所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S4中单色光光谱相对能量分布可由分光光度计测得，其结果反映了该色光中各波长分量的辐射能量大小，所述单色光颜色信息可由光谱相对能量分布和光谱各波长对应的三次激值积分得到。
7.如权利要求1所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S6中数据处理包括通过采集点编号计算对应的传输距离，并对步骤S3中采集到的红、绿、蓝三组数据分别进行亮度和传输距离的对应，并将每组数据分为拟合部分和验证部分，比例约为2:1。8.如权利要求7所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，步骤S6中的方程参数拟合包括选择多参数方程并用数据中的拟合部分进行参数拟合，再用验证部分代入拟合后的方程进行回测，并计算误差，在可接受的误差范围内即接受该方程作为该单色光在此待仿真氛围灯产品中的出光面亮度方程。9.如权利要求4所述的一种基于多参数方程拟合的车内氛围灯仿真渲染方法，其特征在于，多参数方程推导过程如下：设导光条材质折射率为n，单个导光齿在与导光条住传播防线垂直的截面上的投影面积为s，进入一个导光单元的光线辐射通量为Φ
entry
，设通过这个单元的光线辐射通量为Φ
pass
，通过出光面透射出的光线辐射通量为Φ
emission
，则有：Φ
entry
＝Φ
pass
+Φ
emission
此处Φ
emission
分为Φ
d
，Φ
r
两部分，Φ
d
是传播中角度小于出光界面全反射临界角从而直接透射出的光线的辐射通量，Φ
r
是经导光齿反射后打破全反射条件投射出的光线的辐射通量；由全反射临界角计算公式得到：当材质折射率n越小时，全反射临界角θ
r
越大，则光线在传播过程中有更多光线不发生全反射；将导光单元视作一个黑箱，可得到Φ
emission
＝Φ
d
(Φ
entry

【专利技术属性】
技术研发人员：平立宇，万国春，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：