在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法技术

本发明专利技术属于图形渲染技术领域，公开了一种在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法。该在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法通过球面高斯光源来模拟环境光，并建立关于球面高斯光源半径和入射角度的拟合系数查找表来计算每个入射点经多次散射后对出射点的光强度贡献，从而得到所有入射点经多次散射后对出射点的光强度贡献，同时计算出入射点经单次散射后对出射点的光强度贡献，两者之和即为出射点的实际光强度。因为球面高斯函数能够模拟半径及强度可变的光源，所以球面高斯光源既可以表示小而亮的光源，也可以表示大而暗的光源，符合物理规律，能够很好的模拟环境光，使得对半透明物体的渲染具有很高的真实性。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图形渲染
，特别是涉及一种在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法。
技术介绍
真实感图形的生成经常会涉及到需要准确地模拟半透明材质。事实上，从广义的角度上说，绝大多数材质，比如大理石，玉石，蜡，牛奶，水果以及人的皮肤等等，都具备半透明的特性，从而会显示出一种光滑和柔和的外表特征。为了模拟半透明的效果，一个常见的方法是，考虑入射光对任意一个出射点的贡献，我们称之为双向次表面反射函数(BSSRDF)。在2OOl 年，Jensen 等人在论文 “A practical model for subsurface lighttransport”中率先提出了一个有效的BSSRDF模型，他们假设半透明物体是均匀的，并把光线在半透明物体内部的散射次数分为一次和多次分别考虑。对于单次散射，他们认为光线可能在沿出射方向反方向上的每个点处发生一次散射，通过考虑所有的情况，得到出射点的光强度；对于多次散射，他们假设所考虑的半透明物体是一个半无限大的平面，在入射点正下方和正上方分别放置一个正值的点光源和一个负值的点光源，利用这两个光源计算对任意出射点的贡献。在2007 年，Donner 等人在论文“Rendering translucent materials usingphoton diffusion”中，将之前提出的正光源和负光源不再看作一个点光源，而是看作在入射点分别竖直向下和竖直向上衰减分布的一系列光源。这一方法使得半透明物体的表面更加清晰，细节上的损失更少。在2Oll 年，d，Eon 等人在论文“A quantized-diffusion model forrenderingtranslucent materials”中，提出了一个新的模型,这个模型可以通过函数近似的方法,给出竖直向下和竖直向上衰减分布的一系列光源的解析表达式，从而大大加快了半透明物体的渲染速度。现有技术中以点光源和呈衰减分布的一系列点光源来模拟环境光，从而渲染出半透明物体效果，但环境光并不是简单的点光源，以点光源渲染的半透明物体和环境光作用下的半透明物体还是有一定的差距。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种减小模拟光源渲染的半透明物体与环境光作用下的半透明物体之间差距的在球面高斯光源下的半透明物体的渲染方法。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法包括SI :建立关于球面高斯光源半径和入射角度的拟合系数查找表；S2 :根据给定的球面高斯光源，得到每个入射点的光强度；S3 :对每个入射点-出射点对，在SI得到的拟合系数查找表中，根据给定球面高斯光源的半径和入射角度，得到相应的拟合系数，从而确定由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式；S4 :根据S2得到的入射点的光强度和S3得到的由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式，分别计算每个入射点经多次散射后对所有出射点的光强度贡献，并累加得到每个出射点的光强度A ;S5 :从视点方向看去，对每个出射点，沿着视线方向的折射方向进行采样积分，计算出每个出射点的光强度B，其中，对每个采样点，使用在给定球面高斯光源下由入射点经单次散射后对出射点光强度贡献的公式；S6 :从视点方向看去，每个出射点的实际光强度为A+B。 如上所述的在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法，优选的是，所述球面高斯光源用二维高斯函数表示，即G{rJ^X) = eM,'^l)其中，λ为球面高斯函数的半径山为球面高斯函数的中心；i是变量，表示球面上任意的方向；G (i J1 ; λ )为i方向上的光强度。如上所述的在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法，优选的是，球面高斯光源由u个衰减函数来近似表示，则与球面高斯光源半径和入射角度无关的拟合系数查找表为 IU7-·- 4；d) cf trk与球面高斯光源半径和入射角度有关的拟合系数查找表为 ^3m=l Λτ, ~^j ~I!2π·--—— (I -e-2Xi)^pEme-q^ 酌二 I上述各式中D为扩散常数；σ为有效衰减系数；d是半透明物体任意两点间的直线距离；ak、λ k为拟合系数+λ J分别是经折射后的球面高斯光源的中心和半径，i2为入射点到出射点的连线方向为拟合系数。如上所述的在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法，优选的是，步骤S3具体为入射点经多次散射后对出射点光强度的贡献公式为R = ±ak(FCJ., + n)(\lK)其中，&=ζm·· VM; πι- Le = 24J0 Q(S)·e-w-n.) ·(Zjiij ·η) + IsrXkQ1 ·n)) ^PE^-'^ds ；Q(s) = Q e ai's；上述各式中F是菲涅耳项，是入射光和出射光分别经过折射后剩余能量比例的乘积；C41、D、Ce是常数；Q (s)是光源衰减分布函数，其中Q和σ，常数；r是入射点到出射点的距离；L、λ j分别是经折射后的入射球面高斯光源的中心和半径；i2是入射点到出射点的连线方向；11是入射点的法线方向。(三)有益效果本专利技术所提供的在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法通过球面高斯光源来模拟环境光，并建立关于球面高斯光源半径和入射角度的拟合系数查找表来计算每个入射点经多次散射后对出射点的光强度贡献，从而得到所有入射点经多次散射后对出射点的光强度贡献，同时计算出入射点经单次散射后对出射点的光强度贡献，两者之和即为出射点的实际光强度。因为球面高斯函数能够模拟半径及强度可变的光源，所以球面高斯光源既可以表示小而亮的光源，也可以表示大而暗的光源，符合物理规律，能够很好的模拟环境光，使得对半透明物体的渲染具有很高的真实性。 附图说明图I为本专利技术实施例中球面高斯光源下半透明物体的渲染方法的流程图；图2为球面高斯光源与半透明物体位置关系图；图3为本专利技术实施例中球面高斯光源下半透明物体的渲染方法的原理图；图4a为本专利技术实施例中光源沿45°入射角射入平面半透明物体是以d’Eon论文中提出的方法渲染的效果图；图4b为本专利技术实施例中光源沿45°入射角射入平面半透明物体是在球面高斯光源下半透明物体渲染的效果图；图4c为本专利技术实施例中光源沿45°入射角射入平面半透明物体是通过模拟方法计算出的效果参考图；图5a为本专利技术实施例中光源沿80°入射角射入平面半透明物体是以d’Eon论文中提出的方法渲染的效果图；图5b为本专利技术实施例中光源沿80°入射角射入平面半透明物体是在球面高斯光源下半透明物体渲染的效果图；图5c为本专利技术实施例中光源沿80°入射角射入平面半透明物体是通过模拟方法计算出的效果参考图；其中，I :半透明物体；2 :球面高斯光源；3 :环境光；4 :入射点；5 :出射点。具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图I为本专利技术实施例中在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法的流程图。因为球面高斯函数能够模拟半径及强度可变的光源，所以球面高斯光源既可以表示小而亮的光源，也可以表示大而暗的光源，能够很好的模拟环境光。如图I所示，本专利技术实施例中在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法包括SI :建立关于球面高斯光源半径和入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法，其特征在于，包括：S1：建立关于球面高斯光源半径和入射角度的拟合系数查找表；S2：根据给定的球面高斯光源，得到每个入射点的光强度；S3：对每个入射点？出射点对，在S1得到的拟合系数查找表中，根据给定球面高斯光源的半径和入射角度，得到相应的拟合系数，从而确定由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式；S4：根据S2得到的入射点的光强度和S3得到的由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式，分别计算每个入射点经多次散射后对所有出射点的光强度贡献，并累加得到每个出射点的光强度A；S5：从视点方向看去，对每个出射点，沿着视线方向的折射方向进行采样积分，计算出每个出射点的光强度B，其中，对每个采样点，使用在给定球面高斯光源下由入射点经单次散射后对出射点光强度贡献的公式；S6：从视点方向看去，每个出射点的实际光强度为A+B。

【技术特征摘要】
1.一种在球面高斯光源下半透明物体的渲染方法，其特征在于，包括 Si:建立关于球面高斯光源半径和入射角度的拟合系数查找表； 52:根据给定的球面高斯光源，得到每个入射点的光强度； 53:对每个入射点-出射点对，在SI得到的拟合系数查找表中，根据给定球面高斯光源的半径和入射角度，得到相应的拟合系数，从而确定由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式； 54:根据S2得到的入射点的光强度和S3得到的由入射点经多次散射后对出射点光强度贡献的计算公式，分别计算每个入射点经多次散射后对所有出射点的光强度贡献，并累加得到每个出射点的光强度A ; 55:从视点方向看去，对每个出射点，沿着视线方向的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐昆，闫令琪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：