在基底材质层上添加新的材质层后，所述多层材质物 体的次表面BRDF将发生变化，因而需要对次表面BRDF进行重新计算。添加的材质层的层 数可以根据实际需要，层数为一层或多层，第二BRDF即为在所述多层材质物体在基底材质 层上添加一层或多层材质层后的次表面BRDF。
[0039] 而后进入步骤S3根据最后添加的材质层的第二光学性质信息计算第三BRDF，所 述第三BRDF为最后添加的材质层的表面BRDF。为了更好的反应物体表面的反射特性，使得 物体在进行实时渲染更加接近光线在物体表面反射的真实情况，因而不仅需要计算物体的 次表面BRDF，而且需要计算物体的表面BRDF。而对于多层材质物体，最后添加的材质层的 表面BRDF最能体现出光线在该物体表面的反射特性，因而可以根据最后添加的材质层的 第二光学性质信息计算第三BRDF，所述第二光学性质信息为表征物体光学性质的信息，包 括光线在物体表面发生反射的情况。而后可以进入步骤S4基于所述第二BRDF和第三BRDF 进行所述多层材质物体的实时渲染。第二BRDF即为最后添加的材质层的次表面BRDF，第三BRDF即为最后添加的材质层的表面BRDF，基于所述第二BRDF和第三BRDF进行所述多层材 质物体的实时渲染后，所得到的多层材质物体的"虚拟模型"可以很好地反映出光线在该物 体表面的反射特性。
[0040] 上述技术方案首先根据所述多层材质物体的第一光学性质信息，计算所述多层材 质物体的基底材质层的次表面BRDF;再根据所述多层材质物体的第一光学性质信息，计算 所述多层材质物体在基底材质层上添加材质层后的次表面BRDF，添加的材质层的层数为一 层或多层；而后根据最后添加的材质层的第二光学性质信息计算第三BRDF;最后基于所述 第二BRDF和第三BRDF进行所述多层材质物体的实时渲染。由于采用迭代的方式计算添加 各个材质层后物体的次表面BRDF，有效的避免了现有算法（如光线跟踪算法）在计算次表 面BRDF时需要模拟光线在物体内部传播的过程，从而大大降低了计算多层材质物体的次 表面BRDF的算法复杂度，缩短了计算时间，进而提高了对多层材质物体进行实时渲染的效 率，因而在计算机图形渲染技术领域具有广阔的市场前景。
[0041] 在本实施方式中，所述多层材质物体的第一光学性质信息具体包括基底材质层的 第一光学性质信息和添加的材质层的第一光学性质信息，所述第一光学性质信息包括散射 相函数和单次散射反照率。由于不同的材质层的材质不同，因而它们对应的第一光学性质 信息也不相同。在计算机图形学中，通常使用散射相函数（phasefunction)和单次散射反 照率（singlescatteringalbedo)来表征光线在物体内部的分布情况。散射相函数表征 的是光线在物体内部每次散射时光线的分布情况，而单次散射反照率则是光散射率和光衰 减率的比值。所述第二光学性质信息包括菲涅尔反射值和光滑度，菲涅尔反射值用于表征 在物体表面发生反射的光线占入射光线的百分比，光滑度用于表征物体表面的平滑程度。
[0042] 多层材质物体由基底材质层和添加的材质层构成，通过计算基底材质层和添加的 材质层的光学性质信息，就可以将基底材质层和添加的材质层转换为计算机可以处理的数 学模型，便于接下来进行的BRDF计算以及渲染操作。在本实施方式中，数学模型是在进行 傅里叶变换后的空间中进行运算的，因而首先需要将散射相函数进行傅里叶展开。具体地， 首先计算散射相函数的傅里叶展开系数，可以通过如下公式（1)计算得出：
[0043]
【主权项】
1. 一种多层材质物体的实时擅染方法，包括步骤： 根据所述多层材质物体的第一光学性质信息，计算第一 BRDF，所述第一 BRDF为所述多 层材质物体的基底材质层的次表面BRDF ; 根据所述多层材质物体的第一光学性质信息，计算第二BRDF，所述第二BRDF为在所述 多层材质物体在基底材质层上添加材质层后的次表面BRDF ;添加的材质层的层数为一层 或多层； 根据最后添加的材质层的第二光学性质信息计算第S BRDF ; 基于所述第二BRDF和第=BRDF进行所述多层材质物体的实时擅染。
2. 如权利要求1所述的多层材质物体的实时擅染方法中，所述多层材质物体的第一光 学性质信息具体包括基底材质层的第一光学性质信息和添加的材质层的第一光学性质信 息； 所述第一光学性质信息包括散射相函数和单次散射反照率，所述第二光学性质信息包 括菲涅尔反射值和光滑度。
3. 如权利要求2所述的多层材质物体的实时擅染方法中，计算第一 BRDF的方法具体包 括；根据所述基底材质层的散射相函数和单次散射反照率，采用Ambartsumain积分方程迭 代计算出该层的次表面BRDF。
4. 如权利要求1或2所述的多层材质物体的实时擅染方法中，所述添加的材质层的厚 度满足一预设阔值条件。
5. 如权利要求4所述的多层材质物体的实时擅染方法中，计算第二BRDF的方法具体包 括；在上一层的次表面B畑F基础上使用Invariant Imbedding方法计算出添加材质层后的 次表面B畑F。
6. 如权利要求1或2所述的多层材质物体的实时擅染方法中，计算第=BRDF的方法具 体包括：使用最后添加的材质层的第二光学性质信息计算其Cook-Torrance BRDF。
7. 如权利要求1或2所述的多层材质物体的实时擅染方法中，步骤"基于所述第二 BRDF和第=BRDF进行所述多层材质物体的实时擅染"具体包括； 线性叠加第二BRDF与第=BRDF，并根据叠加结果生成擅染结果。
8. -种多层材质物体的实时擅染装置，包括计算单元和实时擅染单元，所述计算单元 包括第一计算模块，第二计算模块W及第=计算模块，所述第一计算模块用于根据所述多 层材质物体的第一光学性质信息，计算第一 BRDF，所述第一 BRDF为所述多层材质物体的基 底材质层的次表面BRDF;所述第二计算模块用于根据所述多层材质物体的第一光学性质 信息，计算第二BRDF，所述第二BRDF为在所述多层材质物体在基底材质层上添加材质层后 的次表面BRDF ;添加的材质层的层数为一层或多层；所述第=计算模块用于根据最后添加 的材质层的第二光学性质信息计算第S BRDF ;所述实时擅染单元用于基于所述第二BRDF 和第=BRDF进行所述多层材质物体的实时擅染。
9. 如权利要求8所述的多层材质物体的实时擅染装置中，所述多层材质物体的第一光 学性质信息具体包括基底材质层的第一光学性质信息和添加的材质层的第一光学性质信 息； 所述第一光学性质信息包括散射相函数和单次散射反照率，所述第二光学性质信息包 括菲涅尔反射值和光滑度。
10. 如权利要求9所述的多层材质物体的实时擅染装置中，第一计算模块计算第 一 BRDF的方法具体包括；根据所述基底材质层的散射相函数和单次散射反照率，采用 Ambartsumain积分方程迭代计算出该层的次表面B畑F。
11. 如权利要求8或9所述的多层材质物体的实时擅染装置中，所述添加的材质层的厚 度满足一预设阔值条件。
12. 如权利要求11所述的多层材质物体的实时擅染装置中，第二计算模块计算第二 B畑F的方法具体包括；在上一层的次表面B畑F基础上使用Invariant Imbedding方法计 算出添加材质层后的次表面BRDF。
13. 如权利要求8或9所述的多层材质物体的实时擅染装置中，第=计算模块计算第= BRDF的方法具体包括：使用最后添加的材质层的第二光学性质信息计算其Cook-Torrance B畑F。
14. 如权利要求8或9所述的多层材质物体的实时擅染装置中，实时擅染单元"基于所 述第二BRDF和第=BRDF进行所述多层材质物体的实时擅染"具体包括； 线性叠加第二B畑F与第=B畑F，并根据叠加结果生成擅染结果。
【专利摘要】本发明提供了一种多层材质物体的实时渲染方法和装置，首先根据所述多层材质物体的第一光学性质信息，计算所述多层材质物体的基底材质层的次表面BRDF，而后计算所述多层材质物体在基底材质层上添加材质层后的次表面BRDF；再根据最后添加的材质层的第二光学性质信息计算第三BRDF；最后基于所述第二BRDF和第三BRDF进行所述多层材质物体的实时渲染。由于采用迭代的方式计算添加各个材质层后物体的次表面BRDF，有效的避免了现有算法(如光线跟踪算法)在计算次表面BRDF时需要模拟光线在物体内部传播的过程，从而大大降低了计算多层材质物体的次表面BRDF的算法复杂度，缩短了计算时间。
【IPC分类】G06T15-50, G06T15-00
【公开号】CN104574492
【申请号】CN201510036185
【发明人】陈可, 刘德建, 陈宏展, 吴拥民, 郭建廷
【申请人】福建天晴数码有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日