一种三维图像表面细节的模拟方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三维图像表面细节的模拟方法及系统，包括：创建网格模型，采样法线和细节法线贴图，生成每个像素的法线向量和细节法线向量采样细节权重图，获取细节法线每个像素的权重值w；将法线向量和细节法线向量进行叠加，得到混合法线向量其中采用混合法线向量进行模型计算。通过上述方法解决了现有技术中三维图像模拟技术存在逼真度低的缺陷，在保证渲染的帧率的同时，提高了三维图像的逼真度，增加更多的细节感，展现出更真实的画面效果。
【专利说明】一种三维图像表面细节的模拟方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及计算机图形学领域，尤其涉及一种三维图像表面细节的模拟方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 随着计算机图形学的发展，人们对图像逼真度的追求越来越高。利用图像学的技 术可以描述越来越多的真实图像，其中通过法线贴图的方法可以是提高对三维图像描述的 逼真度。在计算机处理能力有限的情况下或者渲染动画受时间限制时，法线贴图也是比较 好的解决办法，最近法线贴图多用于CG动画的渲染以及游戏画面的制作上，将具有高细节 的模型通过映射烘焙出法线贴图，然后赋予低端模型的法线贴图通道上，使其表面具有光 影分布的渲染效果，能大大降低表现物体时需要的面数和计算内容，从而达到优化动画和 游戏的渲染效果。法线其实就是一种凹凸，而法线贴图质量越高越清晰，用来刻画角色人物 的外观是可以的，但是如果要更逼真的描绘出角色更多的真实的细节，单依靠法线贴图表 达不出逼真的效果，例如角色人物皮肤的毛孔，胳膊上的毛细血管等。因此，现有技术的三 维图像模拟技术存在逼真度低的缺陷。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种三维图像表面细节的模拟方法及系统，以实现进一步提高三维图 像模拟的逼真度。
[0004] 第一方面，本发明实施例提供了一种三维图像表面细节的模拟方法，包括：
[0005] 创建网格模型，采样法线和细节法线贴图，生成每个像素的法线向量和细节法 线向量;
[0006] 采样细节权重图，获取细节法线每个像素的权重值w ;
[0007] 将法线向量和细节法线向量进行叠加，得到混合法线向量W，其中
【权利要求】
1. 一种三维图像表面细节的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤： 创建网格模型，采样法线和细节法线贴图，生成每个像素的法线向量M和细节法线向 量瓦·' 采样细节权重图，获取细节法线每个像素的权重值W; 将法线向量和细节法线向量]^进行叠加，得到混合法线向量其中Nfml = Na +W · Nb; 采用混合法线向量^.进行模型计算。
2. 根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述采样法线和细节法线贴图具体 包括： 利用tex2D函数读取切线空间法线向量和细节法线向量值；^,其中]ζ:和啲各 坐标值取值范围e(〇, 1); 转化切线空间法线向量和细节法线向量取值范围，令$=2·?ζ-1， = 2 ·< - 1，其中和--?各坐标值取值范围e(-1，1)。
3. 根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于，所述法线向量.和细节法线向量 位于世界坐标系下，所述生成法线向量和细节法线向量包括： 根据网格模型的三角形顶点位置及UV坐标计算切线空间坐标系下的三角形顶点的切 线向量:宁、副法线向量百、法线向量Η，以及转换矩阵M;其中M为切线空间宁、B、N的 3X3矩阵
将切线空间坐标系下的法线向量和细节法线向量:$和转换为世界坐标系下的法 线向量:?:和t，其中?^ =Μ.?^，]^ =Μ.--^
4. 根据权利要求3所述的模拟方法，其特征在于，在计算所述转换矩阵M之前，还包 括： 判断模型是否镜像，当（宁xB).W<0时，令切线向量宁、副法线向量言反向。
5. 根据权利要求1-4中任一所述的模拟方法，其特征在于，所述细节法线贴图通过重 复平铺参数和偏移参数调节三维图像细节强弱程度，其中，重复平铺参数控制细节法线的 重复平铺次数；偏移参数调整细节法线的坐标值在（_1，1);所述权重值w是一个能够调节 的常量，用于整体调节三维图像表面的明暗细节程度，we(〇, 1)。
6. -种三维对象表面细节的模拟系统，其特征在于，包括： 法线向量和细节法线向量生成模块，用于创建网格模型，采样法线和细节法线贴图，生 成每个像素的法线向量:和细节法线向量:?; 细节权重值获取模块，用于采样细节权重图，获取细节法线的每个像素的权重值W; 混合法线向量生成模块，用于将法线向量和细节法线向量进行叠加，得到混合 法线向量iV_，其中Λ^',αΖ =iV^ +w. 模型计算模块，用于采用混合法线向量进行模型计算。
7. 根据权利要求6所述的模拟系统，其特征在于，所述法线向量和细节法线向量生成 模块还包括： 坐标值转换模块，用于利用tex2D函数读取切线空间法线向量和细节法线向量值 .?，其中?ζ.和1?!的各坐标值取值范围e(〇，1);转化切线空间法线向量和细节法线向 量取值范围，令$ = 2 ·&>_ 1,--?= 2 1，其中和各坐标值取值范围 e(-1，1)。
8. 根据权利要求6或7所述的模拟系统，其特征在于，所述法线向量和细节法线向量生 成模块还包括： 空间转换模块，用于根据网格模型的三角形顶点位置及UV坐标计算切线空间坐标系 下的三角形顶点的切线向量?、副法线向量§、法线向量贫，以及转换矩阵M;其中M为切线
空间 的3X3矩阵， Τ,BsNI 将切线空间坐标系下的法线向量和细节法线向量和转换为世界坐标系下的法 线向量]^和]^，其中f= = 。
9. 根据权利要求8所述的模拟系统，其特征在于，所述法线向量和细节法线向量生成 模块还包括：模型镜像判断模块，用于判断模型是否镜像，当X百）.g< 〇时，令切线 向量?、副法线向量:?反向。
10. 根据权利要求6-9中任一所述的模拟系统，其特征在于，所述细节法线贴图通过重 复平铺参数和偏移参数调节三维图像细节强弱程度，其中，重复平铺参数控制细节法线的 重复平铺次数；偏移参数调整细节法线的坐标值在（_1，1);所述权重值w是一个能够调节 的常量，用于整体调节三维图像表面的明暗细节程度，we(〇, 1)。
【文档编号】G06T17/00GK104463954SQ201410650599
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】张翼 申请人:无锡梵天信息技术股份有限公司