[发明专利]一种基于光线追踪器的薄膜干涉效果绘制方法

摘要

一种基于光线追踪器的薄膜干涉效果绘制方法，应用多光束干涉方程求解多层薄膜混合反射比和透射比，其中单层薄膜表面反射系数和透射系数由菲涅尔公式决定，在薄膜内部的折射角遵从斯涅尔定律；考虑一些薄膜表面因粗糙性产生反射或透射光分布的不规则性，引入粗糙表面散射系数，修正薄膜反射或透射比，模拟彩色高光、各向异性等复杂的光学效果；基于光线追踪器成像机理，构造物理光学与几何光学之间的联系纽带，并生成完整的散射公式。本发明有效提升了现有光线追踪器绘制波动效果的能力；也可继续以插件的形式集成入经典的3D建模软件Maya中，使用户直接通过建模软件，获取所需要的彩色波动效果，进一步提高了以Maya为代表的建模软件的绘制能力，具有很高的应用价值。

主权项

一种基于光线追踪器的薄膜干涉效果绘制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)根据光学和电子显微镜测量结果，预先设计好多层或单层薄膜结构的数据信息，所述数据信息包括薄膜折射度、薄膜厚度和薄膜层数；构建可被光线追踪器PBRT识别的场景描述文件；(2)通过渲染引擎加载薄膜结构的数据信息，并通过文件分析功能解析场景描述文件，生成场景及渲染器类实例；渲染器控制相机利用光线追踪器内置的采样器遍历相机胶平面上的采样点，并将每一个采样点转换为从胶平面进入场景的光线；(3)依次对生成的光线进行逆向递归追踪，开启主渲染循环，计算光线与场景物体的第一个交点即不被其它物体所遮挡的点，并调用对象材质的GetBSDF()方法，取得对象相应材质的双向散射分布函数，获取描述光在表面反射或透射的光谱分布值；(4)光线追踪器内置的表面积分器利用已构造的薄膜干涉材质，获取光线与具有多层薄膜结构的干涉对象交点处的反射或透射辐射能，其中，透射方向均遵从斯涅尔定律；渲染器将采样点及相应的辐射能一并传给胶平面，它将光能值存储在待生成的图像上；(5)重复步骤(3)、(4)，直到渲染器遍历了所有采样点生成最终图像为止，循环结束；所述步骤(3)中的GetBSDF()方法取得对象相应材质的双向散射分布函数具有如下形式：其中Idiffuse和Iambient分别表示由于表面无规则性而导致的环境散射和漫散射光谱值，G(ωo,ωi)表示一个几何衰减项，ω0表示光输出方向，ωi表示光入射方向，Dfacet表示粗糙表面散射系数，Ffresnel由多光束干涉方程决定，ca、cb和cc三项参数用于对各反射光谱项进行加权设置，它们的值由物体表面结构和粗糙度决定，θ0表示光输出方向与表面法线的夹角，θi表示光入射方向与表面法线的夹角。