[发明专利]一种层状结构人脸模型的真实感渲染方法

说明书

本发明公开了一种层状机构人脸模型的真实渲染方法，包括：步骤1，准备人脸数据，所述人脸数据包括：人脸三维模型、人脸的漫反射纹理、人脸的法线纹理和皮肤细节纹理；步骤2，将环境光光强I_am，皮脂层的镜面反射光光强I_sp，表皮层的漫反射光光强I_diff和真皮层的次表面散射光光强之和(I_R2,I_G2,I_B2)输出至人脸模型，得到最终的渲染效果I；本发明能更好地表现出人脸模型的半透明特性，在保证实时渲染的同时提高了渲染效果的真实感。

技术领域

本发明属于三维模型的真实感渲染技术，特别是涉及一种具有层状结构的人脸模型的真实感渲染方法。

背景技术

长久以来，如何更快速的渲染出更真实的人脸一直是计算机图形学领域的一个重要课题，并且对许多领域也都有重要意义，比如虚拟现实，医学仿真，影视娱乐等等。现有技术中，游戏制作软件中常使用的渲染技术是HLSL(High Level Shader Language)，它能将一些复杂的图像处理，快速而又有效率地在显示卡上完成。常使用的方法是双向反射分布函数(bidirectional reflectance distribution function，BRDF)模型。BRDF假定光线在物体上的入射位置和出射位置是在同一点上，并没有考虑光线在物体内部发生的多次的吸收和散射现象。因此，BRDF对不透明物体的渲染效果非常出色，比如金属等，却不能很好的渲染半透明物体。而在真实世界中，绝大部分物体都是半透明的，如玉石，大理石，水果，雪和人类的皮肤等。其中人脸又具有其特殊性，是一个典型的具有三层结构的半透明材质，从外到内依次是表皮层，真皮层和皮下组织。人脸上的光反应主要包括发生在表皮层的各向异性反射以及发生在真皮层的次表面散射。使用BRDF方法渲染人脸并不能反应光在真皮层的散射和吸收现象，故渲染效果僵硬，缺少人脸特有的红润透明感。

发明内容

本发明的目的是提供一种真实感渲染层状结构人脸模型的方法，达到在实时渲染的前提下兼顾高真实感效果。

本发明所采用的技术方案是，一种层状机构人脸模型的真实渲染方法，包括以下步骤：

步骤1，准备人脸数据，所述人脸数据包括：人脸三维模型、人脸的漫反射纹理、人脸的法线纹理和皮肤细节纹理；

步骤2，将环境光光强I_am，皮脂层的镜面反射光光强I_sp，表皮层的漫反射光光强I_diff和真皮层的次表面散射光光强之和(I_R2,I_G2,I_B2)输出至人脸模型，通过式(1)得到最终的渲染效果I；

I＝I_am+I_hdiff+(I_R2,I_G2,I_B2)+I_sp (1)

式(1)中：

I_am＝k_d·globalAmbient，k_d为反射系数，0<k_d<1，globalAmbient是环境光光强；

I_diff＝k_dI₁(N·L)，k_d为反射系数，0<k_d<1，所述光源I₁为随机设定的照射在表皮层上的自然光；I₁为随机设定的照射在表皮层上的自然光光强，I₁为100lux～130lux，N为人脸模型的顶点单位法向量，L表示从人脸模型的顶点指向光源的单位向量；