本文關(guān)鍵詞：基于材質(zhì)測(cè)量的光照建模研究

  更多相關(guān)文章： 真實(shí)感渲染 材質(zhì)測(cè)量 光照建模 雙向紋理函數(shù)

【摘要】：近些年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展,動(dòng)漫、影視、廣告宣傳等領(lǐng)域越來(lái)越重視渲染結(jié)果的逼真程度,如何獲得極盡真實(shí)的渲染效果已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)真實(shí)感圖形學(xué)的主要研究目標(biāo)。材質(zhì)的表面光照屬性建模是為了精確展示物體在不同光照條件下的外觀視覺(jué)效果,由于材質(zhì)的多樣性與光照反射成因的復(fù)雜性,因此材質(zhì)表面光照屬性建模一直是學(xué)術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域研究與關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前,在材質(zhì)的表面光照屬性研究領(lǐng)域里已經(jīng)存在了一系列的數(shù)學(xué)解析反射模型和基于材質(zhì)測(cè)量的方法。其中,傳統(tǒng)的解析模型對(duì)數(shù)據(jù)的處理相對(duì)簡(jiǎn)單,繪制得到的效果并不是特別真實(shí),很難滿(mǎn)足動(dòng)漫、影視產(chǎn)業(yè)高度真實(shí)的渲染要求。采用基于材質(zhì)測(cè)量的方法繪制的效果雖然較好,但是由于此類(lèi)方法的采集設(shè)備造價(jià)較高,采集過(guò)程耗時(shí)、復(fù)雜,采集到的材質(zhì)數(shù)據(jù)龐大,直接使用測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制又不能滿(mǎn)足實(shí)時(shí)繪制的要求,致使基于材質(zhì)測(cè)量的方法難以得到應(yīng)用和推廣因此,利用真實(shí)材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行材質(zhì)表面光照建模的研究和應(yīng)用越來(lái)越多。其中,基于雙向反射分布函數(shù)(Bidirectional Directional Reflection Function, BRDF)的真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的光照建模方法比較常見(jiàn),已經(jīng)存在一些真實(shí)材質(zhì)的BRDF測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)及相應(yīng)的BRDF解析模型擬合方法。盡管BRDF解析模型可以較好地模擬出表面比較平滑的不透明材質(zhì)的光照反射屬性,但是對(duì)于表面比較粗糙、凹凸不平的材質(zhì)的擬合效果并不理想,對(duì)于此類(lèi)材質(zhì),通常使用雙向紋理反射函數(shù)(Bidirectional Texture Function, BTF)來(lái)表示。然而,BTF函數(shù)需要采集材質(zhì)在不同光照、不同視點(diǎn)下的紋理圖像,最終得到的測(cè)量數(shù)據(jù)非常龐大,難以直接用于渲染,必須進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮,其中一種壓縮方法就是使用BRDF解析模型對(duì)BTF測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行光照建模。雖然這種方法可以獲得很高的壓縮率,但是BTF材質(zhì)往往是不同材料組成,一般有許多肉眼可見(jiàn)的微小幾何中觀結(jié)構(gòu),直接使用BRDF模型進(jìn)行擬合結(jié)果并不是特別理想�；谶@種背景,本文實(shí)現(xiàn)了一種基于真實(shí)材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的材質(zhì)光照屬性建模方法,使用BRDF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)以及BTF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行材質(zhì)的光照屬性重建工作,獲取不同類(lèi)型材質(zhì)的光照屬性。本文的工作主要分為兩個(gè)部分：一是基于BRDF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的光照屬性建模。本文利用MERL BRDF數(shù)據(jù)庫(kù)提供的材質(zhì)數(shù)據(jù),采用不同的BRDF解析模型以及不同的差錯(cuò)度量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,分析不同BRDF解析模型、差錯(cuò)度量標(biāo)準(zhǔn)的擬合效果,同時(shí)為基于BTF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的光照建模選定了BRDF擬合模型和差錯(cuò)度量標(biāo)準(zhǔn)。二是基于BTF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的光照屬性建模。本文利用波恩大學(xué)提供的UBO2003 BTF數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了一種基于BTF測(cè)量數(shù)據(jù)陰影預(yù)處理的BRDF擬合方法。該方法將BTF數(shù)據(jù)分解為幾何信息和光照信息兩部分,首先,利用BTF材質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù),分離出該材質(zhì)的幾何信息；接著,利用幾何信息計(jì)算所有測(cè)量圖像的陰影圖,并利用陰影圖去除掉測(cè)量圖像中因自陰影、自遮擋等產(chǎn)生的無(wú)效像素值；然后,使用選定的BRDF擬合模型,分別為每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行光照建模。此外,針對(duì)無(wú)法獲取精確高度圖的情況,本文還提出了一種基于圖像處理的陰影去除方法,并采用K-means聚類(lèi)的方法加速光照建模過(guò)程、減少存儲(chǔ)空間。最后,本文利用恢復(fù)得到的材質(zhì)幾何信息和光照屬性信息,在新的光源、新的視點(diǎn)下進(jìn)行渲染,展示新視點(diǎn)、新光源下的材質(zhì)視覺(jué)效果。與現(xiàn)有的忽略BTF數(shù)據(jù)中的自遮擋、自陰影及互反射等效果影響而直接進(jìn)行雙向紋理函數(shù)光照建模的方法相比,本文提出的方法更加接近真實(shí)材質(zhì)的BTF測(cè)量數(shù)據(jù),具有更加真實(shí)的視覺(jué)效果。
【關(guān)鍵詞】：真實(shí)感渲染 材質(zhì)測(cè)量 光照建模 雙向紋理函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)14
• 1.4 本文的主要結(jié)構(gòu)14-16
• 第二章 相關(guān)背景知識(shí)16-30
• 2.1 光照模型16-18
• 2.1.1 光照模型通用形式16-17
• 2.1.2 光照模型簡(jiǎn)化形式17-18
• 2.2 BRDF測(cè)量建模18-27
• 2.2.1 BRDF定義及性質(zhì)18-19
• 2.2.2 BRDF解析模型19-23
• 2.2.3 BRDF采集23-26
• 2.2.4 BRDF擬合方法26-27
• 2.3 BTF測(cè)量建模27-30
• 2.3.1 BTF采集27-28
• 2.3.2 BTF壓縮方法及問(wèn)題28-30
• 第三章 基于BRDF測(cè)量數(shù)據(jù)的BRDF光照模型擬合30-43
• 3.1 BRDF測(cè)量數(shù)據(jù)的表示方法30-32
• 3.2 BRDF解析表達(dá)式擬合32-37
• 3.2.1 BRDF擬合函數(shù)的選擇32-33
• 3.2.2 BRDF擬合算法33-36
• 3.2.3 BRDF差錯(cuò)度量標(biāo)準(zhǔn)36-37
• 3.3 BRDF擬合過(guò)程及結(jié)果37-43
• 3.3.1 BRDF擬合過(guò)程37-38
• 3.3.2 BRDF擬合分析38-40
• 3.3.3 BRDF擬合結(jié)果繪制40-43
• 第四章 基于BTF測(cè)量數(shù)據(jù)的BRDF光照模型擬合43-60
• 4.1 BTF測(cè)量設(shè)備43-47
• 4.1.1 真實(shí)感材質(zhì)測(cè)量裝置簡(jiǎn)介43-44
• 4.1.2 高動(dòng)態(tài)范圍圖像合成44-45
• 4.1.3 正視圖校準(zhǔn)45-47
• 4.2 BTF擬合算法簡(jiǎn)介47-48
• 4.2.1 BTF數(shù)據(jù)的BRDF擬合流程47
• 4.2.2 外觀BRDF(Apparent BRDF,ABRDF)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換47-48
• 4.3 數(shù)據(jù)處理及擬合過(guò)程48-56
• 4.3.1 BTF圖像預(yù)處理階段48-54
• 4.3.2 ABRDF擬合過(guò)程54-56
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析56-60
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果56-58
• 4.4.2 結(jié)果分析58-60
• 第五章 總結(jié)與展望60-62
• 5.1 本文工作總結(jié)60-61
• 5.2 未來(lái)工作61-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 致謝67-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68-69
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目69-70
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表70

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 周志杰;胡昌華;周東華;;基于非解析模型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障預(yù)報(bào)技術(shù)[J];信息與控制;2006年05期

2 陳玉鵬,潘龍法,陸達(dá),徐端頤;基于多媒體負(fù)載的光盤(pán)庫(kù)性能解析模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年02期

3 陳建軍;陳書(shū)明;梁斌;劉征;劉必慰;秦軍瑞;;NBTI效應(yīng)導(dǎo)致SET脈沖在產(chǎn)生與傳播過(guò)程中的展寬[J];電子學(xué)報(bào);2011年05期

4 呂紅亮,張義門(mén),張玉明;4H-SiC器件擊穿特性的新型解析模型[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

5 宋錚;張紅光;李福才;陳正;;基于指令表自驅(qū)動(dòng)的指令解析模型實(shí)現(xiàn)方法研究[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2007年11期

6 何進(jìn),張興,黃如,王陽(yáng)元;TFSOI RESURF功率器件表面電場(chǎng)分布和優(yōu)化設(shè)計(jì)的新解析模型(英文)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2001年04期

7 湯庭鰲,C.A.PazdeAraujo;適用于獲得砷硼淺結(jié)的快速熱退火解析模型[J];復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1987年03期

8 江厚滿(mǎn),程湘愛(ài);描述光伏效應(yīng)的新解析模型[J];強(qiáng)激光與粒子束;2002年02期

9 ;光探測(cè)與器件[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2003年03期

10 仁偉建;呂雪峰;;基于優(yōu)化技術(shù)的電力系統(tǒng)故障診斷解析模型的研究[J];計(jì)算機(jī)與信息技術(shù);2006年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 滿(mǎn)孜郁;劉猛;白江波;熊峻江;;三向織物復(fù)合材料拉伸模量解析模型[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

2 詹水芬;胡焱弟;彭士濤;戴明新;王愷;白志鵬;;遺傳算法優(yōu)選個(gè)體PM暴露神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)源解析模型輸入變量[A];中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)第六屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸顆粒技術(shù)研討會(huì)論文集（下）[C];2008年

3 葛曉光;;含水層中漿液擴(kuò)散解析模型及徑向水流解[A];地面巖石工程與注漿技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];1997年

4 張震;司勇;張自強(qiáng);楊嘉陵;;飛機(jī)攔阻系統(tǒng)(EMAS)小車(chē)維護(hù)或救援的動(dòng)力學(xué)解析模型和數(shù)值模擬:移動(dòng)載荷作用下彈塑性地基梁的動(dòng)力響應(yīng)[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 李鵬;旋轉(zhuǎn)摩擦焊熱源演變及接頭成形機(jī)制[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 唐占文;考慮界面相的復(fù)合材料宏—細(xì)觀漸進(jìn)損傷解析模型研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 趙琳;基于單胞解析模型與漸進(jìn)損傷分析的復(fù)合材料強(qiáng)度預(yù)報(bào)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 鄭長(zhǎng)勇;新型MOSFET器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建模及特性模擬[D];安徽大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 韓敏;基于Cosparse解析模型的壓縮感知算法及其應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2015年

2 向平;新型多柵M0SFET解析模型與數(shù)值仿真研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 石濤;TSV熱機(jī)械應(yīng)力及其對(duì)徖移率的影響的研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 吳云;污染場(chǎng)地中蒸氣入侵風(fēng)險(xiǎn)的三維數(shù)值模擬和量化分析[D];浙江大學(xué);2016年

5 孫智權(quán);氣缸動(dòng)力學(xué)與末端沖擊研究[D];華南理工大學(xué);2016年

6 徐安敏;基于材質(zhì)測(cè)量的光照建模研究[D];山東大學(xué);2016年

7 王健;基于擴(kuò)展解析模型的電網(wǎng)故障診斷方法研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2016年

8 胡明剛;基于解析模型與灰色時(shí)序模型的化工設(shè)備故障預(yù)診斷方法研究[D];青島科技大學(xué);2012年

9 董明;具有高容錯(cuò)能力的電力系統(tǒng)故障診斷的解析模型與方法[D];浙江大學(xué);2012年

10 呂少力;導(dǎo)電橋接存儲(chǔ)器的解析模型的研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

，

本文編號(hào)：620248