一种基于照片级别图像的光照方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于照片级别图像的光照方法，主要包括：利用勒让德方程中一个特解勒让德多项式对光照方程进行分解计算；利用球谐系数，将上述分解的函数经过球谐函数投影，得到还原后的光照方程；将受环境贴图的光照值与自身的贴图的颜色值相乘，所得结果即为最终像素的颜色值。本发明所述基于照片级别图像的光照方法，可以克服现有技术中图像处理难度大、图像质量差和模拟效果不好等缺陷，以实现图像处理难度小、图像质量好和模拟效果好的优点。
【专利说明】一种基于照片级别图像的光照方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机图形学领域，具体地，涉及一种基于照片级别图像的光照方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机图形学技术的发展，积分方程以及数值运算应用于图像处理获得了很 大成功，而计算机图形学以及图形图像的处理技术受到关注，通过这些技术能实现画面真 实的渲染风格，需要提供一种照片级渲染技术，这中技术对三维场景中的灯光、材质、贴图 都有这很高的要求，在整体把握画面的同时，更强调对微观世界的理解，侧重质感和细节的 表现，通过深入表现，可以达到和照片一样真实的画面效果。
[0003] 目前是利用场景中的全景图作为计算机纹理映射到计算机生成的模型上，显示出 物体光泽自然的表面图像，并加上高动态范围的图像的光照成为当前研究的热点，还有一 些基于蒙特卡洛积分计算基于图像的光照，这些光照虽能表现很好的效果，但是能真正的 模拟现实还有很大的差距。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在图像处理难度大、图像 质量差和模拟效果不好等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于照片级别图像的光照方法，以实 现图像处理难度小、图像质量好和模拟效果好的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于照片级别图像的光照方法， 主要包括：
[0007] a、利用勒让德方程中一个特解勒让德多项式对光照方程进行分解计算；
[0008] b、利用球谐系数，将上述分解的函数经过球谐函数投影，得到还原后的光照方 程；
[0009] c、将受环境贴图的光照值与自身的贴图的颜色值相乘，所得结果即为最终像素的 颜色值。
[0010] 进一步地，在步骤a中，所述光照方程为：
[0011] E = / L(co)(n· ω)(1ω ⑴；
[0012] 其中，Ε表示全局方向的受环境贴图影响的光照值，每个像素都是基于这样的积分 公式运算，L(c〇)是反射光从每个入射光线ω上的亮度， η · ω是表示法线在ω方向的投 影，通常这个值为记作cos Θ。
[0013] 进一步地，所述步骤a具体为：
[0014] al、基于公式（1)，将ω方向表示为（X'，Y'，Z'），即：
[0015]
【权利要求】
1. 一种基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，主要包括： a、 利用勒让德方程中一个特解勒让德多项式对光照方程进行分解计算； b、 利用球谐系数，将上述分解的函数经过球谐函数投影，得到还原后的光照方程； c、 将受环境贴图的光照值与自身的贴图的颜色值相乘，所得结果即为最终像素的颜色 值。
2. 根据权利要求1所述的基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，在步骤a中，所 述光照方程为：
其中，E表示全局方向的受环境贴图影响的光照值，每个像素都是基于这样的积分公式 运算，L(co)是反射光从每个入射光线《上的亮度，n 是表示法线在《方向的投影， 通常这个值为记作COS 0。
3. 根据权利要求2所述的基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，所述步骤a具体 为： al、基于公式（1)，将《方向表示为（X'，Y'，Z'），即：
其中，Qi分别为笛卡尔坐标系Z轴夹角，C1i为笛卡尔坐标系X轴的夹角；a2、基于上述夹角实现笛卡尔坐标系到球面坐标系的转换。
4. 根据权利要求3所述的基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，所述步骤al，具 体包括： ⑴对于第一个多项式的分解L(co)投影到球谐函数的为L'（ 0i，Oi); 根据勒让德多项式把上面的公式（1)的L(?)分解为：
其中Llm基函数和Ylm基函数的分量（投影函数）的两个多项式； 而基函数Llm能够表示为：
基于公式（3)，能够看出两个多项式的卷积运算然后对得到的结果进行积分得到固定 的常数Cl,C2,C3而上述的Ylm函数能够是无数个； ⑵通过球谐变换得到球谐系数（缩放因子） 基于上述的Ylm是通过球谐函数来定义的，当1 = 0时，球谐函数可以用来近似环境光 照；该球谐函数为：
5. 根据权利要求3或4所述的基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，所述步骤 b,具体包括： 先根据公式（3)，计算得到： L〇〇? L10, L^1, L11, L20J L2-Jj L2-2? L21J L22； 然后代入公式（10)，得到： E〇〇> E10, E^1, E11, E20, E2-J, E2-2> E21, E22 这样，每个像素只需要计算预设次数"投影"，对于需要得到原始的函数E，基于上述计 算的Cl,C2,C3卷积值与对应的投影函数相乘之和为近似的原始函数。
6. 根据权利要求5所述的基于照片级别图像的光照方法，其特征在于，所述步骤c，具 体包括： 将受环境贴图的光照值与自身的贴图的颜色值相乘的结果得到最终的像素的颜色值， 然后得到场景中每个像素最终颜色值为： B=pE； 然后B得到场景中实际的光照值，P是贴图的颜色值即：对应顶点的U，V颜色信息。
【文档编号】G06T15/00GK104268923SQ201410450058
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】张翼 申请人:无锡梵天信息技术股份有限公司