全局光照环境中的逆向绘制
vray全局光照明
vray全局光照明（间接光照明）的概念和工作原理是什么？？？全局光照（GI）全称是Global Illumination，是一种高级照明技术，他能模拟真实世界的光线反弹照射的现象。
它实际上是通过将一束光线投射到物体后被打散成n条不同方向带有不同该物体信息的光线继续传递、反射、照射其他物体，当这条光线再次照射到物体之后，每一条光线再次被打散成n条光线继续传递光能信息，照射其他物体，如此循环，直至达到用户说设定的要求效果或者说最终效果达到用户要求是，光线将终止传递，而这一传递过程就是被成为光能传递，也就是全局光照（GI）。
vray有几中渲染引擎，分别是什么？？？rradiance map发光渲染引擎Photon map光子渲染引擎Quasi-Monte Carlo 准蒙特卡罗渲染引擎Light cache灯光缓存渲染引擎Irradiance map发光贴图是基于发光缓存的计算方式，仅计算场景中我们能看的见的面，而其他的不去计算，计算速度也比其他几种快一些，尤其适合有大量平坦表面的场景．对比其他几种，它产生的躁点也很少．并且可以被保存以便下次渲染时调用（在跑完光子图保存后想更换其他材质就不需要重新计算gi）对面光原产生的直接慢反射有加速的效果．当然缺点也是有的在更换角度后可能会有模糊．丢失的情况．参数设的低的话还可能导致动画闪烁也就是丢贞．Photon map光子贴图是建立在从光源发出的并能在场景中来回反弹的一种光线粒子也就是光子．它主要用与场景中近似值的计算，通常是用于第二反弹里面，让整个场景变的更真实一些．大家要注意Photon map只支持vr灯光，对max的灯光是不会产生gi效果的Quasi-Monte Carlo 准蒙特卡罗Quasi-Monte Carlo 准蒙特卡罗会单独计算每个点的gi因此速度会非常慢，但效果也是最精确的，尤其是表现有大量细节的场景．它的参数比较少只有两个一个第二个参数只有在两次都选择Quasi-Monte Carlo方式的时候才有效．Light cache灯光缓存Light cache灯光缓存是建立在追踪摄影机可见的许许多多光线路径的基础上，和发光贴图正好是相反的，是逆向的．它对灯光没什么限制只要灯光被vr支持它就支持．在做预览时是很快的．它可以单独完成对整个场景的gi照明，也可以配合别的贴图做二次反弹．vray的另外两个采样系统都是属于优化算法，就是会去判断哪些像素对应的场景内容比较多，从而发射更多的射线去计算这些复杂像素，这样就比较容易理解了，所谓min什么就是最少发射射线数，max 就是最多，adaptive subdivision可以用负数了，-1就是每4像素发一条，-2就是每16像素发一条……这两个算法上有着很多区别，我们重要的是关注他们的实用意义。
计算机图形学中的渲染算法研究
光栅化渲染算法的优缺点
01
缺点
02
对于复杂场景和高质量渲染需求，光栅化 算法可能无法达到理想的效果。
03
对于透明、反射、折射等特效的处理相对 困难。
04
对于非真实感渲染（NPR）的支持有限。
光栅化渲染算法的应用场景
1 2 3
游戏开发
光栅化渲染算法是实现游戏实时渲染的主要手段 之一，能够处理复杂的场景和角色模型，实现流 畅的游戏体验。
模拟真实相机的工作原理，包括镜头 畸变、景深效果、运动模糊等。
基于物理的材料模型
使用真实的物理参数，如折射率、反 射率、吸收率等，描述物体表面的光 学性质。
基于物理的渲染算法的优缺点
01
04
优点
缺点
02
真实感强：能够生成高度真实的图像，使得计算机生成的 图像与真实世界中的场景难以区分。
03
可预测性：由于基于物理原理，因此渲染结果具有可预测 性，方便艺术家和开发者进行控制和调整。
光照计算等步骤。
光栅化
将二维图形转换为像素 表示，通过扫描线或填
充算法实现。
深度测试
确定每个像素的可见性 ，消除隐藏面。
颜色混合
根据光照、材质等属性 计算每个像素的最终颜
色。
光栅化渲染算法的优缺点
优点 算法成熟稳定，广泛应用于实时渲染领域。
能够处理复杂的几何形状和光照效果。
光栅化渲染算法的优缺点
。
渲染算法的算法优化技术
01
渲染算法的优化策略
针对具体的渲染算法，采用合适的优化策略，如减少计算量、降低内存
占用、提高算法稳定性等，从而提高渲染效率和质量。
02
制作逼真的光照和阴影效果教程
制作逼真的光照和阴影效果教程在3D建模和渲染软件Blender中，逼真的光照和阴影效果是制作真实感场景的关键之一。
本教程将向大家介绍如何使用Blender的功能来达到逼真的光照和阴影效果。
第一步是设置光源。
在Blender中，光源可以是太阳、灯光、点光源等。
选择适合场景的光源类型，并调整其强度、颜色和角度。
太阳光源用于模拟自然光，可以通过调整其角度和颜色来模拟不同的天气和时间。
灯光则可以用于模拟室内场景中的人工光源，如台灯或灯泡。
点光源可以模拟聚焦在特定物体上的光线。
根据场景需求选择适当的光源类型，并合理设置其参数。
第二步是调整材质的反射属性。
在Blender中，物体的材质可以设置其反射属性，包括漫反射、镜面反射和折射等。
漫反射用于模拟物体表面不同方向的散射光，可以通过调整其颜色和强度来改变物体的外观。
镜面反射则模拟物体表面的镜面效果，可以通过调整其颜色和强度来改变物体的光泽度。
折射则可以模拟物体透明度的效果，可以通过调整其折射率来改变物体的折射效果。
根据物体的特性和需求，调整材质的反射属性，使其与光源相互作用，产生逼真的光照效果。
第三步是设置环境光。
环境光是指在场景中没有明确的光源情况下，由各个表面反射光线形成的间接光。
在Blender中，可以使用环境光来增加整个场景的亮度，使其看起来更加真实。
通过调整环境光的强度和颜色，可以模拟不同的环境光效果。
但是要注意不要设置过亮的环境光，否则可能会失去真实感和物体的明暗对比。
第四步是添加阴影效果。
在现实世界中，光线会被物体遮挡，产生阴影效果。
在Blender中，可以使用阴影来增加场景的真实感。
通过选择合适的阴影类型，如硬阴影或软阴影，并设置阴影的强度和颜色，可以模拟出逼真的阴影效果。
此外，还可以通过调整光源的角度和位置，以及物体之间的相对位置来影响阴影的形状和效果。
最后一步是渲染场景。
在完成所有的设置后，通过渲染场景可以生成最终的图像。
在Blender中，可以选择不同的渲染引擎和渲染设置，以达到最佳的渲染效果。
逆向应用原理图怎么画的
逆向应用原理图怎么画的什么是逆向应用原理图？逆向应用原理图是一种以图示形式展示逆向工程过程中所涉及的关键组件、数据流和交互的工具。
通过绘制逆向应用原理图，可以清楚地了解应用程序的工作原理，帮助开发人员或安全研究人员分析和理解应用程序的内部结构和功能。
如何画逆向应用原理图？在绘制逆向应用原理图之前，需要明确以下几个关键步骤：1.明确逆向应用的目标：在逆向应用之前，需要明确你希望了解的内容和目标。
逆向应用可以有多个目标，例如理解应用的整体工作原理、研究应用的加密算法等。
2.分析应用程序：在开始绘制逆向应用原理图之前，需要对应用程序进行分析。
这包括静态分析和动态分析。
静态分析包括分析应用的源代码、反汇编代码、配置文件等。
动态分析包括在应用程序上运行并监视其行为。
3.识别关键组件和数据流：在应用程序分析的基础上，需要识别应用程序的关键组件和数据流。
关键组件包括应用程序的各个模块、类、函数等。
数据流包括应用程序中的输入、输出、中间变量等。
4.绘制原理图：在识别关键组件和数据流之后，可以开始绘制逆向应用原理图。
原理图可以使用流程图、类图等不同的图示形式。
可以使用Markdown格式编写原理图，也可以使用专业的绘图软件进行绘制。
以下是一个简单的逆向应用原理图的例子：1. 开始2. 加载应用程序3. 初始化应用程序4. 处理用户输入- 接收用户输入- 检查输入合法性- 处理输入数据5. 执行应用程序逻辑- 调用相关模块- 处理业务逻辑- 更新应用状态6. 生成输出- 渲染数据- 生成输出结果- 发送输出给用户7. 结束总结逆向应用原理图是一种用于帮助理解应用程序内部结构和功能的工具。
绘制逆向应用原理图需要明确逆向应用的目标，对应用程序进行分析，识别关键组件和数据流，并使用适合的图示形式进行绘制。
逆向应用原理图可以帮助开发人员或安全研究人员更好地理解应用程序的工作原理，提供指导和参考。
学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术
学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术在计算机图形学中，光照与阴影处理技术是非常重要的一部分。
通过模拟现实中的光照效果和阴影，可以使计算机生成的图像更加真实，增强视觉效果。
本文将介绍学习计算机图形学中的光照与阴影处理技术的基础知识和常用方法。
一、光照模型光照模型是计算机图形学中描述光照效果的数学模型。
常见的光照模型有局部光照模型和全局光照模型。
1. 局部光照模型局部光照模型是根据物体表面的法线向量、入射光线和视线方向来计算光照效果的模型。
其中，最常用的局部光照模型是Lambert光照模型和Phong光照模型。
Lambert光照模型假设光线均匀地照射在物体表面，不考虑镜面反射。
它的计算公式为：I = kd * (N · L) * Ia其中，I表示物体表面的最终颜色，kd表示物体表面的漫反射系数，N表示物体表面的法线向量，L表示入射光线的方向向量，Ia表示环境光的颜色。
Phong光照模型考虑了镜面反射，并在Lambert光照模型的基础上增加了镜面反射系数和高光反射指数。
它的计算公式为：I = kd * (N · L) * Id + ks * (R · V) * Is其中，ks表示物体表面的镜面反射系数，Id表示入射光的颜色，R表示反射光线的方向向量，V表示视线的方向向量，Is表示光源的颜色。
2. 全局光照模型全局光照模型考虑了光线在场景中的多次反射和折射，可以产生更真实的光照效果。
常用的全局光照模型有光线追踪和辐射度。
光线追踪是通过递归地跟踪光线的路径来模拟光照效果，而辐射度是通过求解光传输方程来计算光照效果。
二、阴影处理技术阴影处理技术可以模拟现实中物体之间及物体与光源之间的阴影效果，增强图像的真实感和立体感。
1. 平面阴影平面阴影是最简单的阴影处理技术之一，通过计算物体与平面之间的关系来生成阴影效果。
常用的平面阴影处理技术有阴影贴图和投影贴图。
阴影贴图是通过渲染一个代表遮挡物的贴图来生成阴影效果，而投影贴图则是通过投影计算来生成阴影效果。
CAD中的逆向工程和三维扫描技巧
CAD中的逆向工程和三维扫描技巧逆向工程是CAD领域中非常重要的一个概念，它可以帮助我们将现有的实物产品转化为CAD模型，并进行进一步的设计、修改和分析。
而三维扫描技术是逆向工程中的一种关键方法，通过扫描实物，获取其几何形状信息，然后将其转化为CAD模型。
在CAD中进行逆向工程的首要步骤就是进行三维扫描。
三维扫描技术使用一种专门的设备，比如激光扫描仪或结构光扫描仪，对实物进行扫描。
扫描设备会发射激光或光线，并根据光线与实物的交互情况，测量出实物表面的形状和细节信息。
扫描的结果通常以点云数据的形式呈现，其中每个点都表示实物表面的一个位置。
在获取了点云数据后，我们需要通过一些特定的软件，比如AutoCAD、SolidWorks等，对这些数据进行处理和转化。
首先，我们需要对点云数据进行滤波和去噪，以去除扫描过程中可能引入的噪声和不必要的数据。
然后，我们可以根据需要进行曲线拟合、曲面重建等操作，将点云数据转化为真实物体的形状信息。
这一过程通常需要借助CAD软件中的相关工具和功能。
一旦获得了三维模型，我们可以进行进一步的设计和修改。
CAD软件提供了一系列的功能，如拉伸、旋转、拉伸等，可以对模型进行各种形状、尺寸和比例上的调整。
此外，CAD软件还提供了材质、纹理、光照等方面的设置，让我们能够更直观地观察和分析模型。
逆向工程不仅可以用于产品设计和制造，还可以应用于文物保护、医学领域等。
通过三维扫描技术，我们可以非常精确地记录和还原文物的形状和结构，保护和传承文化遗产。
在医学领域，逆向工程可以帮助制作个性化的义肢、假体或手术辅助器具，提高患者的康复效果和生活质量。
在进行逆向工程和三维扫描时，我们需要注意一些技巧和方法。
首先，选择合适的扫描设备和软件工具非常重要。
不同的实物可能需要不同类型的扫描设备进行扫描，而不同的CAD软件则具备不同的特点和功能。
其次，我们还需掌握一些点云数据处理的技巧，如滤波和曲面拟合等。
这些技巧能够帮助我们更准确地还原真实物体的形状和轮廓。
逆向建模的工作流程
逆向建模的工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!逆向建模工作流程。
1. 获取数据，从现有系统或源中收集模型所需的数据。
3Dmax中的逆向工程与建模技巧
3Dmax中的逆向工程与建模技巧3DMax是一种广泛使用的三维建模和渲染软件。
它在建筑、游戏开发、动画制作等领域中都有着广泛的应用。
在使用3DMax进行逆向工程和建模时，我们可以运用一些技巧来提高效率和质量。
本文将详细介绍逆向工程和建模的步骤，并列出一些相关的技巧。
一、逆向工程的步骤1. 收集资料：首先，需要收集所需的资料和模型。
这可以通过拍照、测量或使用现有的模型等方式来完成。
收集到的资料将成为后续建模的基础。
2. 背景研究：在进行逆向工程之前，了解相关的背景知识是非常重要的。
如果你要逆向工程一个建筑物，那么你需要了解建筑的结构和构造原理，以及相关的建筑规范等内容。
3. 建模软件选择：选择适合自己需求的建模软件。
3DMax是一种强大而且功能丰富的软件，非常适合逆向工程和建模。
但也可以根据具体情况选择其他的建模软件。
4. 导入模型：将收集到的资料导入到3DMax中。
可以使用图片或者其他文件格式来导入。
5. 创建基础几何体：在3DMax中，可以使用基础的几何体如立方体、球体、圆柱体等来构建模型的初步外形。
这些基础几何体可以通过拉伸、旋转、缩放等操作进行进一步的调整。
6. 使用工具进行模型精细化：在初步建立了模型的外形之后，可以利用3DMax中的各种工具进行进一步的精细化调整。
比如使用多边形建模工具、布尔运算工具、曲线建模工具等。
7. 添加材质和纹理：在模型的基本形状完成之后，可以添加材质和纹理来使模型更加真实。
3DMax中有许多材质和纹理的选项，可以根据需要进行选择和调整。
8. 灯光设置：逆向工程中的建模不仅关注模型的外观，还需要合理设置灯光来营造逼真的效果。
可以使用3DMax中的光源来设置不同的光线效果，如环境光、平行光、点光源等。
9. 渲染完成：完成模型后，可以使用3DMax提供的渲染器对模型进行渲染。
渲染是将模型的三维数据转换为二维图像的过程，可以通过调整渲染参数来获得满意的效果。
二、建模技巧1. 使用快捷键：3DMax中有很多快捷键，学会使用快捷键可以极大地提高操作的效率。
利用光线的方向创造阴影效果
利用光线的方向创造阴影效果光线的方向在创造阴影效果的过程中起着重要的作用。
通过合理的运用光线的方向，我们可以在画面中打造出各种各样的阴影效果，增强画面的层次感和视觉冲击力。
下面将介绍一些常见的阴影效果及其创造方法。
1. 单一的侧光效果单一的侧光效果可以给画面带来鲜明的对比和明暗交替的强烈感。
在创造这种效果时，需要将光源放置在被拍摄物体侧面，使光线照射进画面中。
这样一来，被照射的一侧将呈现出明亮的效果，而另一侧则会形成深色的阴影。
这种明暗对比可以帮助突出被拍摄物体的轮廓和形状，营造出强烈的立体感。
2. 逆向光效果逆向光效果是指将光源放置在被拍摄物体的背后，使光线逆向照射到画面中。
这样做可以产生出一种明亮的背景和黑暗的前景的效果，被拍摄物体的轮廓会变得模糊不清。
逆向光效果常被用于创造出一种梦幻、神秘的氛围，能够给观众留下深刻的印象。
3. 前光效果前光效果是将光源放置在摄影师的正前方，使光线直接照射被拍摄物体的正面。
这种效果使得整个画面呈现出均匀的光照，减少暗部的出现，保持画面的明亮和清晰。
前光效果常用于室外风景摄影，能够帮助突出物体的细节和色彩。
4. 反光效果反光效果是在被拍摄物体的反面设置光源，使光线反射到镜头中。
这样做可以在被拍摄物体的周围形成一圈辉光，产生一种神秘和浪漫的效果。
反光效果常被用于人像摄影和夜景摄影，能够创造出与众不同的效果。
5. 侧后光效果侧后光效果是将光源放置在被拍摄物体的照射侧面和背后，使光线从侧后方照射进画面中。
这种效果能够在形成适度的阴影的同时，保持物体的纹理和细节。
侧后光效果常被运用于拍摄风景和人像，突出物体的纹理和轮廓，增加画面的层次感。
总结：在摄影和绘画中，利用光线的方向创造阴影效果是非常重要的技巧之一。
通过选取不同的光源角度和位置，我们可以创造出各种不同的阴影效果，增强画面的立体感和视觉冲击力。
单一的侧光、逆向光、前光、反光以及侧后光效果都是常见的创造阴影效果的方法，每种方法都能给画面带来独特的魅力。
基于面光源可见性空间复用的3D场景柔和阴影绘制算法
基于面光源可见性空间复用的3D场景柔和阴影绘制算法周文言;陈纯毅【摘要】针对面光源照射下的三维场景柔和阴影绘制算法存在可见性计算开销大的问题,提出一种面光源可见性空间复用算法.首先设计出基于交织思想的面光源采样方法,使用该方法为每个可视场景点产生一个光源采样点,并通过从可视场景点向光源采样点投射阴影光线来生成面光源-可视场景区域可见性采样图.其次基于可见性存在空间相关性的特性提出一种可见性滤波估计方法,估计出面光源-可视场景区域可见性采样图中每个可视场景点的面光源可见性百分比.最后用面光源可见性百分比乘以不考虑遮挡情况下可视场景点的光照值,得到最终的光照结果.本算法针对每个可视场景点只做一次光源可见性计算,显著减少了面光源可见性的计算量.实验结果表明,本算法能够高效地绘制出视觉上近似正确的柔和阴影.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】6页(P118-123)【关键词】光线跟踪;柔和阴影;交织采样;可见性;空间复用【作者】周文言;陈纯毅【作者单位】长春理工大学计算机科学技术学院,长春 130022;长春理工大学计算机科学技术学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TP391面光源照射下的三维场景柔和阴影交互式绘制是目前3D图形学中的重要研究课题之一。
同边界明显的硬阴影相比，柔和阴影能够显著增强绘制图像画面的视觉真实感，呈现出由明到暗自然过渡的光照效果。
为了绘制出这种光照效果，光线跟踪算法[1]需要为每个可视场景点产生大量的光源采样点，这会导致可见性计算开销过大。
而且，由于采用蒙特卡罗采样[2]使得所生成的柔和阴影存在明显噪声。
基于层次包围盒的空间划分研究，Stich等[3]提出一种高效的层次结构加速算法（SBVH），该算法解决了层次包围盒算法在面对不均匀细分场景时光线投射成本过大的问题，能够大幅度提升3D场景的绘制速度。
Benthin等[4]只对处于遮挡状态的场景点投射阴影光线并进行多平截头体跟踪（Multi Frusta Tracing），减少了不必要的阴影光线求交测试，进一步提高了光线跟踪的性能；采用交织采样（Interleaved Sampling）和不连续缓存滤波（Discontinuity Buffer Filtering）相结合的方式，在低采样率的前提下有效地减少了阴影噪声，实现了柔和阴影的实时绘制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
+ Corresponding author: Phn: 86-10-62522028, E-mail: sunqimin@
Received 2002-04-10; Accepted 2002-10-28 Sun QM, Wu EH. Inverse rendering in a global illuminated environment. Journal of Software, 2003,14(10): 1796~1805. /1000-9825/14/1796.htm Abstract: A method is proposed to recover the reflectance properties of all objects in an environment. The input
对各向异性的材质,模型中镜面反射部分的定义不同, fs(q)由下式给出:
(h ⋅ x )2 (h ⋅ y )2 + αx αy 1 f s ( q) = exp − 2 (h ⋅ n p ) 4 π α xα y
2 α x = a5 +
,
ω
4π
,
2
反射模型
我们采用 RADIANCE[8]中的反射模型,但是不考虑光的透射.对一般各向同性的材质,反射模型为 f s ( q) ρ ρ = d + ρs . π ( q ⋅ n p )( −v ⋅ n p )
Байду номын сангаас
ρ d = pC (1 − a 4 );
1798
e
[( h ⋅n p ) 2 − h
2
Journal of Software 软件学报 2003,14(10)
. 4π α x 和 α y 分别对应 x 和 y 方向的粗糙度,x 和 y 是两个正交的方向.a1,a2,a3,a4,a5,a6 是待定的参数.
2 α y = a6 +
ω
3
算法概述
算法的输入包括场景的三维模型和它的一个全景图 ,模型中包括场景中所有光源的信息 (位置、形状和辐
射强度),输入数据是经过预处理的.算法采用逐步求精的思想,分 5 步完成. 首先 , 假定所有物体表面均是漫反射面 , 迭代计算各材质的参数 , 使绘制图像和给定全景图误差逐步变小 . 迭代结束时,误差小于给定阈值的确认漫反射,其余的假定为各向同性的. 对可能是各向同性的材质 , 确定一组最优的参数 , 使各物体组的误差最小 ; 检查每一类材质的参数 , 判断是 否为理想镜面;非镜面且误差小于给定阈值的判定为各向同性的,误差大于阈值的,进入下一步处理. 对于前面两步都没有判定的物体 ,通过分析其在全景图中的投影区域 ,标出纹理面片 ,其余的判定为各向异 性的. 对各向异性物体求解最优反射参数. 对纹理表面恢复其纹理和反射参数 .首先假定为漫反射面 ,若恢复纹理后误差太大 ,则作为各向同性反射纹 理面片处理,如果对结果仍然不满意,就作为最后一类各向异性反射纹理表面处理. 最后 ,我们得到一个既有几何信息 ,又有材质和纹理信息的完整的场景模型 ,可以在场景中加入新的物体、 拿走一些旧物体,或者改变光照和视点,并且可以保证绘制的真实感. 下一节将详细介绍针对不同材质类型的逆向绘制技术.
提出一种恢复场景中所有物体的反射特性的方法.算法以一个全景图、 场景的完整几何模型和光源信
息为输入 ,结果是场景的一个完整反射模型 . 恢复是以逐步求精的方式进行的 .先假定物体表面是漫反射面并生 成一幅全景图 ,然后算法逐步迭代 , 比较绘制的全景图和原始全景图 ,如果有的物体的误差超过某个阈值 ,算法为
∗ Supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant Nos.60033010, 60173078, 60072014 (国家自然科学
基金 ); the China Foundation of the University of Macao under Grant No.RG022/01-02S/WEH/FST (澳门大学基金资助项目 ) 第一作者简介 : 孙其民 (1970－ ),男 ,山东泰安人 ,博士 ,讲师 ,主要研究领域为计算机真实感绘制 ,逆向绘制技术 .
] /( h ⋅n p ) 2 / α
f s ( q) =
4 πα
;
,对应表面的粗糙度; 4π q,入射光方向; v,视线方向; np,表面法向; h,入射光线和视线的角平分线; C,材质的颜色; P,材质的模式;
2 + α = a5
ω
ω,光源的立体角;
ρs =
塑料 a 4 , . { , , }, a a a a a a 金属 1 4 2 4 3 4
当看到一幅场景的照片时 , 人们有时希望看到场景在不同光照条件下的情景 , 或者是景物发生一些变化后 的样子 (比如 ,加入一个虚拟的物体或拿走一个真实的物体 ).但是 ,通常只有少量的照片 ,要达到其中的任何一个 目标都是非常困难的 .因为不论是光照的变化还是场景中的景物发生了变化 ,都要重新计算环境中的光能分布 , 但是在物体表面反射特性未知的情况下是不可能做到的,因此恢复物体的材质是必须的. 恢复物体材质的研究可以分为两类 : 一类是恢复单个物体的材质 , 这方面的研究相对较多 [1~4]; 另一类是从 照片获取场景中所有物体反射特性的全局光照逆向绘制技术研究 . 根据采用照片数量的多少 , 也可以把现有全 局光照逆向绘制技术的研究分为两类 :一类用多幅照片来获取场景中物体的材质 ,并可以加入虚拟物体重新绘 制[5~8];另一类用一幅真实场景的照片来做同样的工作 [9~11].使用单幅照片的方法由于只能从照片中得到部分场 景的信息 ,因此恢复的精度可能差一些 ,并且视点和观察方向的变动可能受到一些限制 ,因为未看到的部分场景 的材质可能误差非常大.俞益洲[8]和 Boivin 等人[11]的工作分别是这两类中比较有代表性的.俞益洲等人用多幅 照片来恢复场景中所有物体表面的反射特性 ,要求每个可见面必须至少有一个高光采样 ,否则认为它是漫反射 面.而 Boivin 等人只用一幅照片,场景中许多物体不可见.它们的材质直接取为可见部分某个物体的材质或任意 指定.他们对纹理面的处理也比较简单,均把它们作为漫反射面来对待. 本文提出一种用全景图和场景的完整几何模型恢复场景中所有物体反射特性的方法 . 该方法既避免了大 量采样的麻烦,又克服了用单幅图像的不足.我们采用与 Boivin 相同的分层迭代的总体策略,但在求解过程中采 取了一些不同的措施;Boivin 采用局部优化的算法,我们采用全局优化的算法;在理想镜面的判定和各向异性材 质参数的求解方面 , 我们的做法也不同 ; 特别是对纹理表面 , 我们做了更深入的研究 , 成功地恢复了漫反射面的 纹理,对一般各向同性和各向异性的纹理反射面也能有效地减弱高光和阴影的影响.
孙其民 等:全局光照环境中的逆向绘制
1797
他们选择更负责的反射模型 . 最后 ,场景中的每个物体有了一个合适的反射模型 , 可以在新的光照和视点条件下 绘制 ,旧的物体可以从场景中移去 ,新的物体可以添加到场景中 . 对漫反射、各向同性反射和各向异性反射纹理 面的纹理恢复也作了深入研究;高光和阴影的影响也能基本去除. 关键词: 逆向绘制;全局光照;全景图;反射模型;增强现实;纹理 文献标识码: A 中图法分类号: TP391
1
预处理
在进行恢复前要对场景的模型进行预处理 . 首先为每个物体指定材质类型 ( 塑料、金属、半透明材质等 ),
因为现在还没有自动区分物体材质类型的办法 . 然后把物体分组 ,具有相同材质类型的分为一组 .这样做有两个 好处 ,一是可以减少材质的数目 ,二是可以避免直接恢复一些较小的、光照不充分的和不可见物体的参数 , 导致 较大的误差 .在恢复过程中 ,我们对每一类材质分别控制其优化进程 ,为此需要为每一类材质对应的物体组定义 一个误差函数 ,优化的过程就是误差逐步减小的过程 . 一个物体组的误差定义为它们在绘制图像上的投影与全 景图中对应区域的最小二乘误差的均值.两幅图像的最小二乘误差定义为
of the algorithm is a 3D geometric model of the scene, a panorama of it, and the information of light sources. The result is a full model of the reflectance properties of the scene. Recovery is done in a progressive refinement manner. At the very beginning, supposes all surfaces are diffuse and generates a new panorama. Then the new rendered panorama and the original one are compared iteratively. If the differences of some objects are greater than a threshold, more complex reflectance models are chosen for them. Finally, each object in the scene has a proper reflectance model, the scene can be rendered under novel lighting or viewing conditions, old objects can be removed from the scene, and new objects can be augmented into the scene. Special efforts have been done on recovering textures of textured diffuse, isotropic, and anisotropic surfaces; shadows and highlights are eliminated almost clearly. Key words: 摘 要: inverse rendering; global illumination; panorama; reflectance model; augmented reality; texture