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基于图像的真实感绘制技术研究

作　者: 金国
导　师: 杨旭波；肖双九
学　校: 上海交通大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 基于图像的重光照双向反射分布函数(BRDF) 双向纹理函数(BTF) 3维纹理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

真实感图形绘制是计算机图形学中的一个重要的课题,而逼真的光照效果是计算机真实感图形绘制所追求的主要目标,其中材质光照属性的精确设定是其中的关键问题。目前能很好的模拟材质光照属性的方法主要是从对实物拍摄所得到的照片中来生成的。其研究内容可分为逆向绘制、基于图像的重光照和对材质样本的光照采样等三类方法。逆向绘制方法反求物体的材质参数,但难于实现实时的全局重光照绘制,而且对光照条件要求严格。基于图像的重光照需要大量采样图像,而且难于重建表面光照的高频分量。对真实材质样本的光照采样方法获取样本在大量不同的光照方向和视线方向下的数据,利用相近的光照和视线方向的采样图像数据绘制物体,它又分为双向反射分布函数和双向纹理函数两种方法。由于采样数据量巨大,因而需要高效的压缩方法,同时尽量满足实时绘制的要求。本文主要是从对材质样本的光照采样方法进行了一些探索性的研究,包括双向反射分布函数,纹理映射,近似模拟双向纹理函数。并达到了以下成果:1.提出了结合漫反射纹理的BRDF技术,大大增强了物体表面纹理细节效果,解决了传统的BRDF只能反映物体表面光学特性的缺点。2.使用基于抛物面纹理映射的方法,来存储BRDF分解压缩后的数据。使用这种与视点无关的环境纹理贴图不会产生奇异点,能更好的在任意两个反射方向之间进行插值。3.使用MIPMAP技术,大大改善了因为在纹理插值时形成的走样问题。4.结合LOD技术,大大增强了BRDF技术在大场景中应用的可能性。5.提出了基于点的方法来近似模拟BTF的技术,在仅用少量纹理图片的情况下就能很好的保留物体表面材质的纹理细节,如自阴影等效果。大大的提升了渲染速度。本文的方法可以广泛的应用于电影、动画、游戏、虚拟现实等领域。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章绪论  13-19
  1.1 研究背景与选题意义  13-14
  1.2 真实物体表面  14-16
    1.2.1 表面的光学特性  15
    1.2.2 表面的几何细节结构  15-16
  1.3 基本的计算机模拟方法  16-17
    1.3.1 光学特性的模拟  16
    1.3.2 几何细节的模拟  16-17
  1.4 本文的贡献与主要组织结构  17-19
第二章真实感表面绘制方法  19-32
  2.1 表面光照模型  19-22
    2.1.1 Phong 光照模型  19-22
  2.2 物体表面几何细节的绘制方法  22-31
    2.2.1 基于几何模型的修改方法  22-26
    2.2.2 基于图像的方法  26-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章结合漫反射纹理图的BRDF 方法  32-48
  3.1 算法概述  32-33
  3.2 双向反射分布函数理论基础  33-35
  3.3 BRDF 数据的测量与处理  35-40
    3.3.1 BRDF 数据的测量  35-37
    3.3.2 BRDF 模型的生成算法描述  37-40
  3.4 纹理图与纹理坐标的生成  40-43
    3.4.1 环境贴图  40-41
    3.4.2 纹理坐标生成  41-43
  3.5 漫反射纹理贴图的求解  43-44
  3.6 渲染  44-45
  3.7 实验结果  45-47
    3.7.1 渲染速度  45-46
    3.7.2 渲染效果  46-47
  3.8 本章小节  47-48
第四章近似模拟BTF 的技术  48-61
  4.1 概述  48
  4.2 双向纹理函数理论基础  48-53
    4.2.1 BTF 的合成  48-49
    4.2.2 BTF 的压缩  49-52
    4.2.3 BTF 的局限性  52-53
  4.3 算法概述  53
  4.4 采集  53-56
    4.4.1 建立和采集  53-54
    4.4.2 三维纹理的生成算法  54-56
  4.5 渲染  56-57
    4.5.1 算法细节  56-57
    4.5.2 实时渲染  57
  4.6 结果  57-60
    4.6.1 渲染效果  57
    4.6.2 结果分析  57-60
  4.7 本章小节  60-61
第五章本文总结与展望  61-63
  5.1 本文工作总结  61
  5.2 展望  61-63
参考文献  63-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  71

基于图像的真实感绘制技术研究

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