[发明专利]一种三通道的透明材质的高真实感渲染方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形渲染技术领域，尤其涉及一种三通道的透明材质的高真实感渲染方法。

背景技术

在计算机图形学真实感渲染领域和虚拟现实中，准确的对真实世界的光照进行虚拟建模来生成真实感图像是一个具有挑战性的难题。

许多学者为真实感图形的渲染提出过很多光亮度虚拟模型，来描述各种材料的光散射行为。其中绝大部分的模型是基于BRDF和BSSRDF，这些模型都假设真实的光线是从物体的表面的同一个点进入和离开。如果物体的表面是金属材质，这种假设和真实世界的光学行为是接近的，而且渲染得出的结果是能够产生比较高的真实感效果。但是对于光线能够穿透表面并在表面下传输的透明物体来讲，BRDF和BSSRDF模型就不能够完全反应真实世界光照行为。

当光线照射到透明物体对象的外表面时，一部分光线从外表面反射，另外一部分光线穿透外表面层，在透明物体的内部进行按照一定的规律散射，并从物体外表面其它点出去，这种光学现象叫做次表面散射。传统的次表面散射在计算时会被简化成Lambertian漫反射，但这种简化会使最后生成的渲染图像很不真实。

计算机图形学领域中，最早描述次物体表面反射的数学模型是由Hamrahan和Krueger[Hanrahan,P.,Krueger,W.:Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering.In:Proceedings of SIGGRAPH93,Computer Graphics Proceedings,Annual Conference Series,pp.165–174(1993)]提出的，该数学模型对同构的、均质的单层散射进行数学建模描述，并应用光子映射来对次表面散射进行虚拟模拟，这种方法可以用来渲染风化石头。Pharr和Hanrahan[Pharr,M.,Hanrahan,P.M.:Monte Carlo evaluation of nonlinear scattering equations for subsurface reflection.In:Proceedings of ACM SIGGRAPH2000,Computer Graphics Proceedings,Annual Conference Series,pp.75–84(2000)]提出了一种非线性散射方程的方法，该描述次表面散射比传统的MonteCarlo射线跟踪具有更高的效率。对于散射度高的材质，Stam[Stam,J.:Multiple scattering as a diffusion process.In:Eurographics RenderingWorkshop1995,pp.41–50(1995)]首先提出了漫反射建模，并采用多重网格的方法来计算漫反射方程的近似值。Jensen[10.Jensen,H.W.,Marschner,S.R.,Levoy,M.,Hanrahan,P.:A practical model for subsurface light transport.In:Proceedings of ACM SIGGRAPH2001,Computer Graphics Proceedings,Annual Conference Series,pp.511–518(2001)]等人提出的基于次表面散射的BSSRDF分析模型，该数学模型将计算时间从几分钟降到了几秒钟，大大提高了渲染效率。

尽管目前许多学者在某种程度上已经改进了透明材质渲染的速度，但是由于对透明材质的渲染大多需要复杂的方法或者需要特定的数据结构，因此很难集成到现有的渲染系统中。

发明内容

本发明提供了一种三通道的透明材质的高真实感渲染方法，该方法简单，可高效生成透明材质的高分辨率的图像，生成的图像真实感高，且能和Monte Carlo的射线跟踪方法、扫描线方法、全局光照方法等进行无缝集成。

一种三通道的透明材质的高真实感渲染方法，包括以下步骤：

（1）第一次通道渲染

对待渲染的物体表面进行采样获得若干采样点，计算采样点的次表面亮度并保存在缓存中；

（2）第二次通道渲染

根据各采样点的次表面亮度，对处在各采样点周围的点进行次表面亮度值、次表面亮度梯度值和亮度的变化范围值进行预计算，并将预计算结果保存在所述缓存中；

（3）第三次通道渲染

对步骤（2）的预渲染结果进行插值得到待渲染的物体表面上所有点的次表面亮度，再根据这些次表面亮度计算所有点的亮度值生成最后的渲染图像。