CN112446943A - 图像渲染的方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了图像渲染的方法、装置及计算机可读存储介质，该图像渲染的方法包括：确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，所述厚度值用于表示光线从所述表面顶点射入后在所述三维模型内部的传播距离；基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调；基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调；将所述散射色调、所述透射色调与所述表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染所述表面顶点。实施本发明实施例所得到的渲染效果能够与半透明物体的实际物理特性更为契合，从而在进行针对半透明物体的三维仿真时，能够很大程度上提高半透明物体的仿真度。

Description

图像渲染的方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及计算机技术领域中的图像渲染技术，尤其涉及一种图像渲染的方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

当光线照射至由透光材质构成的物体，一部分光线会在物体表面发生反射，产生高光效果，余下的光线会经由物体表面折射进入物体内部，在物体内部进行一系列散射后，或被物体内部吸收，或从物体表面的其他顶点射出，这部分余下的光线的传递过程被称为SSS(subserface scattering，次表面散射)。

次表面散射通常在由半透明材质构成的半透明物体(Translucency)上表现得尤为明显，例如硅胶、蜡烛、玉石等。半透明物体多具有形状结构复杂及材质不均匀的特性，而在进行三维仿真时，现有的图像渲染技术无法充分考虑到半透明物体的实际物理特性，导致渲染出的半透明物体的仿真度低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了图像渲染的方法、装置及计算机可读存储介质，以解决现有的图像渲染技术导致渲染出的半透明物体的仿真度低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例的第一方面提供了一种图像渲染的方法，包括：

确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，所述厚度值用于表示光线从所述表面顶点射入后在所述三维模型内部的传播距离；

基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调；

基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调；

将所述散射色调、所述透射色调与所述表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染所述表面顶点。

作为本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式，所述确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，包括；

调取所述三维模型的厚度贴图，所述厚度贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中的一个表面顶点对应的所述厚度值；

根据所述表面顶点在所述三维模型的表面中的位置，在所述厚度贴图中查找所述表面顶点对应的所述厚度值。

作为本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调，包括：

基于所述厚度值得到所述表面顶点对应的模糊度，所述模糊度用于代表光线从所述表面顶点射入后产生的散射光强度；

结合所述模糊度与设定的所述三维模型的散射权重，计算出所述表面顶点对应的散射光强度；

根据所述散射光强度与所述表面顶点的颜色纹理，计算所述表面顶点的所述散射色调。

结合本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式，作为第三种可能的实现方式，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点对应的模糊度，包括：

调取所述三维模型的第一散射贴图，所述第一散射贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中的一个表面顶点对应的所述模糊度；

根据所述厚度值和所述表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在所述第一散射贴图中查找得到所述表面顶点对应的所述模糊度。

结合本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式，作为第四种可能的实现方式，在所述调取所述三维模型的第一散射贴图之前，所述方法还包括：

根据所述表面顶点的表面曲率和所述表面顶点对应的所述表面法线与光矢量的点积，创建第二散射贴图；

将所述第二散射贴图中的所述表面曲率替换为所述厚度值，将高斯函数预积分至所述第二散射贴图，得到所述第一散射贴图。

作为本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调，包括：

调取所述三维模型的透射贴图，所述透射贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中一个表面顶点对应的透射光强度；

根据所述厚度值在所述透射贴图中查找得到所述表面顶点对应的所述透射光强度；

根据所述透射光强度与所述表面顶点的颜色纹理，计算所述表面顶点的所述透射色调。

结合本发明实施例第一方面的第五种可能的实现方式，作为第六种可能的实现方式，在所述调取所述三维模型的透射贴图之前，所述方法还包括：

基于设定的光衰减函数计算所述三维模型中每个所述表面顶点对应的所述透射光强度，所述光衰减函数与所述表面顶点的所述厚度值相关；

根据所述透射光强度创建所述透射贴图。

本发明实施例的第二方面提供了一种图像渲染的装置，包括：

厚度值确定单元，用于确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，所述厚度值用于表示光线从所述表面顶点射入后在所述三维模型内部的传播距离；

散射色调确定单元，用于基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调；

透射色调确定单元，用于基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调；

渲染单元，用于将所述散射色调、所述透射色调与所述表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染所述表面顶点。

本发明实施例的第三方面提供了一种图像渲染的装置，包括：

所述装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例的第一方面或第一方面的任一种可能的实施方式所述的图像渲染的方法。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器指令，当所述机器指令被一个或多个处理器执行时，所述处理器执行上述本发明实施例的第一方面或第一方面的任一种可能的实施方式所述的图像渲染的方法。

在本发明实施例中，基于光线从物体的三维模型表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离，来确定三维模型每个表面顶点的散射色调和透射色调，并将每个表面顶点的散射色调、透射色调和反射色调进行叠加，以叠加的结果来对各表面顶点进行渲染。由于半透明物体具备形状结构复杂及材质不均匀的特性，光线在半透明物体的稀薄部位和厚密部位的光传播表现不敬相同，而本发明实施例由于考虑了光在三维模型内部的传播距离，因此最终的渲染效果能够与半透明物体的实际物理特性更为契合，从视觉感受出发具体表现为渲染出的半透明物体的稀薄部分明显比厚密部位看起来更为透亮，因此很大程度上提高了半透明物体的仿真度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的图像渲染的方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的图像渲染的方法中厚度贴图的创建过程的实现流程示意图；

图3是本发明实施例提供的图像渲染的方法中确定表面顶点对应的厚度值的实现流程示意图；

图4是本发明实施例提供的图像渲染的方法中得到表面顶点的散射色调的实现流程示意图；

图5是本发明实施例提供的图像渲染的方法中得到表面顶点对应的模糊度的实现流程示意图；

图6是本发明实施例提供的图像渲染的方法中烘焙第一散射贴图的实现流程示意图；

图7是本发明实施例提供的烘焙完成的第一散射贴图的示例图；

图8是本发明实施例提供的图像渲染的方法中得到表面顶点的透射色调的实现流程示意图；

图9是本发明实施例提供的烘焙完成的透射贴图的示例图；

图10是本发明实施例提供的多束光线分别照射在物体表面的不同微平面时的光路图；

图11是本发明实施例提供的图像渲染的装置的组成结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的图像渲染的装置的组成结构示意图；。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本发明实施例提供的图像渲染的方法的实现流程示意图，在本发明实施例中，图像渲染的方法的执行主体为终端或服务器等计算设备中的处理器，进一步地，可以为计算设备中的GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)。参照图1，该图像渲染的方法包括操作S101～S104。

S101：确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，该厚度值用于表示光线从表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离。

在完成对物体的建模，得到对应的三维模型后，是以三维模型的表面顶点为单位来进行图像渲染，从而渲染出物体的表面图像的。在图像渲染过程中，一个表面顶点即代表一个像素，可以通过片元着色器(Fragments Shader)进行渲染。其中，片元(primitive)为具有位置、法向量等属性信息的像素，因此，片元着色器是以像素为单位来进行图像渲染。由于光线在物体中被散射及被吸收的程度与光线在物体内部的传播距离有关，因此，本发明实施例利用该原理，将光线从三维模型的某个表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离称为该表面顶点对应的厚度值，并基于该厚度值来进行计算处理，从而模拟出三维模型的各个表面顶点对应的光传播表现。在S101中，首先分别获取三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，该厚度值用于表示光线从表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离。

作为本发明的一个实施例，为了在图像渲染的过程中加快厚度值的获取速度，提高图像渲染的效率，可以通过预先创建好的厚度贴图来获取到三维模型的表面顶点对应的厚度值，其中，该厚度贴图上的任意一点用于代表三维模型的其中一个表面顶点，该点在厚度贴图中的颜色即代表对应的表面顶点在三维模型中对应的厚度值。厚度贴图的创建过程如图2所示：

S201：翻转三维模型表面的法线向量。

每个三维模型的表面都有正反两面，在默认状态下，表面的反面是不可见的，因此，首先通过翻转三维模型表面的法线向量，使得三维模型的表面实现翻转。

S202：基于翻转的法线向量，烘焙环境光闭塞贴图。

AO(ambient occlusion，环境光闭塞)，即物体的表面顶点被环境光闭塞的程度，可以通过从该表面顶点所在的半球面内发射的光线在物体内部发生碰撞的情况来判断，如果光线碰撞次数多且碰撞点之间距离近，那么该表面顶点的闭塞信息就越多，因此，环境光闭塞的原理可以被理解为：对应的厚度值越小的表面顶点的闭塞信息越多，对应的厚度值越大的表面顶点的闭塞信息越少。在翻转法线的基础上利用3D工具烘焙出AO贴图，那么显然在该AO贴图中，闭塞信息越多的表面顶点对应的厚度值越小，闭塞信息越少的表面顶点对应的厚度值越大，由此烘焙出的AO贴图能够反映出三维模型各表面顶点对应的厚度值。

需要说明的是，本发明实施例中涉及的贴图(texture)，包括AO贴图、厚度贴图，以及下文实施例中涉及的散射贴图、透射贴图、颜色纹理贴图，均是一张二维图像，其呈现了三维模型表面的某类信息，而贴图烘焙(render to thxtrue)，即将图像渲染过程中三维模型表面某类信息与三维物体表面之间的关系通过二维图像的形式转换出来，从而形成贴图。

S203：对环境光闭塞贴图进行颜色反转，得到厚度贴图。

对环境光闭塞贴图进行颜色反转，即对环境光闭塞贴图中的每一个点进行反色处理，将每一个点的颜色反转为该颜色的互补色。例如，将黑色反转为白色，将白色反转为黑色，由此得到的厚度贴图中，白色代表透明度100％，即对应的表面顶点的厚度值小，黑色代表透明度为0，即对应的表面顶点的厚度值最大，颜色反转后的环境光闭塞贴图即为厚度贴图。

因此，基于预先创建好的厚度贴图，S101中获取三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，可以通过图3中的S301和S302实现。

S301：调取三维模型的厚度贴图，该厚度贴图中每一点的颜色用于对应代表该三维模型中的一个表面顶点对应的厚度值。

在三维模型的厚度贴图的调取过程中，针对形状较为复杂的三维模型，其厚度贴图在创建过程中难免与实际的三维模型存在误差，因此，在调取出厚度贴图后，可以在图像处理软件中对该厚度贴图进行微调，以使其与三维模型的形状结构相吻合，以达到更为逼真的渲染效果。

S302：根据表面顶点在三维模型的表面中的位置，在厚度贴图中查找该表面顶点对应的厚度值。

在本发明实施例中，均是以设定好的光源作为光照条件，以此为前提来进行三维模型的图像渲染的，即，在图像渲染过程中，光源的强度、位置、方向均是固定的，后续不再对此说明。由于三维模型的表面顶点对应的厚度值用于表示光线从表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离，因此，在光源固定的情况下，每个表面顶点对应的厚度值与该表面顶点在三维模型的表面中的位置有关，因此，可以根据表面顶点在三维模型的表面中的位置，在厚度贴图中查找出表面顶点对应的厚度值。

在本发明实施例中，基于厚度值而非基于表面曲率来模拟三维模型各个表面顶点对应的光传播表现，不存在因高曲率而导致的表面散射表现失效的问题，能够达到更好的图像渲染效果，并且厚度贴图可以基于本地预先烘焙，减轻了图像渲染过程的计算量。

S102：基于厚度值得到表面顶点对应的散射色调。

S103：基于厚度值得到表面顶点对应的透射色调。

由于三维模型表面曲率对入射光线散射程度的影响在视觉感受上与厚度值对入射光线散射程度的影响相近，即，表面曲率变化越大则光线的散射越明显，厚度越小则光线的散射也越明显，而光线透射现象的产生基于的也是入射光线经散射后有一部分被物体内部吸收的结果，因此，在本发明实施例中，采用厚度值来替代表面曲率，分别得到表面顶点对应的散射色调和透射色调。基于厚度值得到表面顶点的散射色调和透射色调的实现流程将在下文实施例中进行详细说明。

S104：将散射色调、透射色调与表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染表面顶点。

色调是光线强度在图像上的表现，其指的是图像的相对明暗程度，在彩色图像上表现为颜色。在一定的光照条件下，物体的属性、几何形状、分布范围和组合规律等都能通过色调差异进行体现。由于当光线照射至物体，一部分光线会在物体表面发生反射，产生高光效果，余下的光线会经由物体表面折射进入物体内部，在物体内部进行一系列散射后，或被物体内部吸收，或从物体表面的其他表面顶点射出，产生透射，因此，在本发明实施例中，基于厚度值得到三维模型表面顶点的散射色调和透射色调，并将散射色调、透射色调与表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果，通过片元着色器来对三维模型的各表面顶点分别进行渲染，最终完成对三维模型的图像渲染。在实现过程中，可以采用线性叠加的方式来对三维模型的各表面顶点进行散射色调、透射色调和反射色调的渲染，线性叠加的图像渲染方式能够更为逼真自然地描述出半透明物体的表现。

在本发明实施例中，基于光线从物体的三维模型表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离，来确定三维模型每个表面顶点的散射色调和透射色调，并将每个表面顶点的散射色调、透射色调和反射色调进行叠加，以叠加的结果来对各表面顶点进行渲染。由于半透明物体具备形状结构复杂及材质不均匀的特性，光线在半透明物体的稀薄部位和厚密部位的光传播表现不敬相同，而本发明实施例由于考虑了光在三维模型内部的传播距离，因此最终的渲染效果能够与半透明物体的实际物理特性更为契合，从视觉感受出发具体表现为渲染出的半透明物体的稀薄部分明显比厚密部位看起来更为透亮，因此很大程度上提高了半透明物体的仿真度。

接下来，通过若干实施例，对图1对应的实施例中基于厚度值得到表面顶点的散射色调的操作进行详细说明。

对于进行三维仿真的物体，尤其是对于进行三维仿真的半透明物体来说，由于其具备形状结构复杂且材质不均匀的特性，因此，当光线照射至半透明物体时，不同的半透明物体内部会产生不同的光线散射效果。对于进行三维仿真的物体，通常设定一个完全黑暗的场景，将固定的光源照射至该物体，产生的次表面散射可以由光线密度分布函数R(r)来表示，该光线密度分布函数也被称为散射剖面(diffusion profile)，其近似地描述了在上述光照场景之下光在物体内部的传播路径。在同一光照场景下，不同物体会对应有不同的散射剖面，不同的散射剖面在各自的散射表现上并不统一，无法直接根据测量得到的若干散射剖面的数据来得到三维模型每个表面顶点的散射色调，因此，在本发明实施例中，基于可变的散射剖面的方式来得到三维模型表面顶点的散射色调。如图4所示，S102通过S401～S403实现。

S401：基于厚度值得到表面顶点对应的模糊度，该模糊度用于代表光线从表面顶点射入后产生的散射光强度。

光线入射到物体内部发生散射，视觉感受是对应的表面顶点上会产生一定程度的模糊效果，因此，本发明实施例中，先得到表面顶点对应的模糊度，该模糊度用于代表光线从表面顶点射入后产生的散射光强度。如前文所述，在视觉感受上，三维模型表面顶点对应的厚度值对入射光线散射程度的影响，与三维模型表面曲率对入射光线散射程度的影响相近，因此，在本发明实施例中，表面顶点的模糊度基于表面顶点对应的厚度值得到。

S402：结合模糊度与设定的三维模型的散射权重，计算出表面顶点对应的散射光强度。

由于不同的物体具有不同的散射剖面，因此，在得到三维模型每个表面顶点对应的模糊度后，需再结合预先设定的该三维模型的散射权重，计算出三维模型每个表面顶点对应的散射光强度。

在本发明实施例中，三维模型的散射权重由三维模型对应的散射剖面中RGB各个通道的权重和方差组合而成。作为本发明的一个实现方式，表面顶点对应的散射光强度L_rd通过

计算得到，其中，BRDF()用于表示表面顶点对应的模糊度，该模糊度基于表面顶点对应的厚度值r_t以及表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积(N·L)计算得到，w_i和v_i分别为三维模型对应的散射剖面中RGB各通道的权重和方差，二者构成了三维模型的散射权重，通过调节该散射权重，实现散射剖面的可变，从而更为准确地描述出入射光线在三维模型内部的散射表现，k为一不小于6的自然数，且k的取值越高，计算出来的散射光强度越精确。

S403：根据散射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的散射色调。

在得到了三维模型每个表面顶点对应的散射光强度后，表面顶点对应的散射色调IL_rd通过

计算得到，其中，I为表面顶点的颜色纹理，即表面顶点所呈现出的颜色及纹理，其中，纹理主要用于表示仿真物体的材质，用于增强仿真物体的真实感，例如，木板、玉石或墙面均具有不同的纹理，通过纹理的渲染可以加强对仿真物体材质特性的体现。将表面顶点对应的散射光强度与表面顶点的颜色纹理相乘，相当于将表面顶点本身的颜色和纹理添加散射色调，从而为表面顶点的渲染结果赋予了光照表现。例如，表面顶点本身应该被渲染上RGB值为(0，0，0)的黑色，将该颜色纹理与该表面顶点对应的散射光强度相乘，最终得到的散射色调，其RGB值所呈现出的是一个比黑色略浅的一个颜色。

作为本发明的一个实施例，在图4对应的实施例的基础之上，在计算表面顶点的散射色调时，也可以通过预先烘焙好的颜色纹理贴图来进行表面顶点的颜色纹理的查找，从而进一步提升表面顶点的散射色调的计算效率。

在图4对应的实施例的基础之上，为了减轻图像渲染过程中的计算量，作为本发明的一个实施例，将三维模型每个表面顶点对应的模糊度预先烘焙为一张散射贴图，在此，为了方便描述，将该散射贴图称为第一散射贴图，并基于表面顶点对应的厚度值以及表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在该第一散射贴图中进行查找，从而得到表面顶点对应的模糊度。如图5所示，S401基于图5中的S501和S502实现。

S501：调取三维模型的第一散射贴图，第一散射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中的一个表面顶点对应的模糊度。

在本发明实施例中，第一散射贴图预先烘焙好以供调取，该第一散射贴图上的任意一点用于代表三维模型的其中一个表面顶点，该点在第一散射贴图中的颜色即代表对应的表面顶点对应的模糊度。因此，在S501之前，还需要完成第一散射贴图的烘焙过程，如图6所示，通过S601和S602来完成第一散射贴图的烘焙。

S601：根据表面顶点的表面曲率和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，创建第二散射贴图。

首先，通过预积分的方法将光线在三维模型内部的散射效果烘焙成一张第二散射贴图，在该第二散射贴图中，用于查找表面顶点对应的模糊度的两个维度分别为表面顶点的表面曲率，以及表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积。

S602：将高斯函数预积分至第二散射贴图，得到第一散射贴图，第一散射贴图中由表面顶点对应的厚度值来表示表面顶点的表面曲率。

由于散射剖面的光线散射及衰减过程与一维高斯函数曲线类似，因此在本发明实施例中，为了表现出不同物体所具有不同的散射剖面，将单个高斯函数对光线产生的模糊效果预积分到第二散射贴图上，从而得到第一散射贴图。尽管单个高斯项不能精确适用于任何散射剖面，但多个高斯项的叠加可以提供较为真实的近似结果。并且，在第一散射贴图中，由表面顶点对应的厚度值来替代表示表面顶点的表面曲率。

以下对由第二散射贴图得到第一散射贴图的实现过程进行说明。

首先，实现散射剖面在表面曲率上的积分，即将散射剖面预积分在一个表面曲率一定的环形表面上，以得到一个以表面曲率为y坐标，表面法线与光矢量的点积(N·L)为x坐标的积分表示式D(θ,r)，

其中，θ为N～L所有可能的角度，r为表面曲率，R(2rsin(x/2))为散射剖面的扩散面分布曲线。在本发明实施例中，将r替换为环形表面上的衰减距离2rsin(x/2)，则有

其中，G(v,2rsin(x/2))为高斯项。为了实现散射剖面可变，需先分离出拟合好的高斯项，因此，对积分表达式D(θ,r)做以下分离变换：

即，把散射剖面的预积分分离成单个高斯项来做曲面上的预积分。又因为高斯项被定义为

因此有

令

则有

至此，将以θ和r为变量的函数D(θ,r)转换为了以θ和R为变量的函数D₁(θ,R)。

在本发明实施例中，通过

将表面曲率转换成厚度值，其中，

r_t为表面顶点对应的厚度值。

基于上述实现原理，即可完成由第二散射贴图至第一散射贴图的变换，在烘焙出的第一散射贴图中，用于查找表面顶点对应的模糊度的两个维度分别为表面顶点的厚度值，以及表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积。

S502：根据厚度值和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在第一散射贴图中查找得到表面顶点对应的模糊度。

图5对应的实施例中，预先烘焙好的散射贴图来查找得到三维模型每个表面顶点对应的模糊度，模糊度的确定无需通过计算实现，在一定程度上减少了图像渲染过程的计算量，提升了图像渲染的效率。图7示出了本发明实施例提供的烘焙完成的第一散射贴图的示例图，从图7可以看出，该第一散射贴图的横坐标为表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积(N·L)，纵坐标为基于表面顶点的厚度值所确定出的

因此，基于表面顶点的厚度值以及表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，可以从第一散射贴图中查找到用于代表该表面顶点对应的模糊度的颜色。

接下来，对图1对应的实施例中基于厚度值得到表面顶点的透射色调的操作进行详细说明。

图8为本发明实施例提供的图像渲染的方法中基于厚度值得到表面顶点的透射色调的实现流程示意图，该实现流程包括S801～S803。

S801：调取三维模型的透射贴图，透射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中一个表面顶点对应的透射光强度。

S802：根据厚度值在透射贴图中查找得到表面顶点对应的透射光强度。

在本发明实施例中，针对三维模型预先存储一张透射贴图，图9示出了本发明实施例提供的烘焙完成的透射贴图的示例图，从图9可以看出，透射贴图以表面顶点的厚度值s为横坐标，不同的厚度值在透射贴图中对应不同的颜色，用于代表不同厚度值的表面顶点对应的透射光强度。通常来说，当表面顶点对应的厚度值最小的时候，该表面顶点在透射贴图中的颜色为白色，代表该表面顶点对应的透射光强度最大，当表面顶点对应的厚度值最大的时候，该表面顶点在透射贴图中的颜色为黑色，代表该表面顶点对应的透射光强度最小。在图像渲染过程中，调取该透射贴图，并基于表面顶点对应的厚度值在该透射贴图中查找到表面顶点对应的颜色，从而获取到该表面顶点对应的透射光强度。

S803：根据透射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的透射色调。

在得到了三维模型每个表面顶点对应的透射光强度后，将表面顶点对应的透射光强度与表面顶点的颜色纹理相乘，即可得到表面顶点的透射色调。

作为本发明的一个实施例，在图8对应的实施例的基础之上，在计算表面顶点的透射色调时，也可以通过预先烘焙好的颜色纹理贴图来进行表面顶点的颜色纹理的查找，从而进一步提升表面顶点的透射色调的计算效率。

在本发明实施例中，先利用散射剖面获得一个基于厚度值的光线衰减函数，然后根据三维模型每个表面顶点对应的厚度值，预计算得到每个表面顶点对应的透射光强，从而烘焙出透射贴图。

以下对光线衰减函数的推导过程进行说明。

当光线射向物体时，由于物体背光面的透射辐射度来源于光线到达物体向光面时折射进入物体的散射光辐照度，也就是说，物体向光面的散射光强经过物体内部光传播距离的衰减到达了物体背光面，并透射出去，在光源一定的情况下，光线在物体表面的入射点贡献出的散射光强度的变化率极低，基于此，假设光线在三维模型的任意一表面顶点产生的散射光辐射度，与该表面顶点的周围的表面顶点的散射光辐射度是相等的，则令三维模型任意一表面顶点的散射光辐射度为E。

给定一个散射剖面R(r)，该散射剖面的向光面中，将各表面顶点的散射光辐射度结合基于光传播距离衰减的散射剖面，能够得到该散射剖面的背光面上的表面顶点A经过向光面上的表面顶点B的透射作用产生的出射度M(x,y)：

其中，d为从表面顶点A至表面顶点B的周围采样点的距离。考虑到高斯拟合的散射剖面，得到

因此，在本发明实施例中，仅依靠E和d的表达式重写函数，并用厚度值s来近似表达d，就能够得到基于厚度值s的光线衰减函数：

M(x,y)＝ET(s)

其中，w_i和v_i分别为每个高斯函数模糊的权重和方差。

在本发明实施例中，基于厚度值来获取到三维模型表面顶点的透射色调，由此渲染出的半透明物体中，厚度较薄的区域相比于厚度较厚的区域更为透亮，从而能够模拟出半透明物体稀薄区域的透光效果，提高了半透明物体的仿真度。并且通过预先烘焙好透射贴图，在图像渲染过程中减少了计算量，提高了图像渲染的效率。

接下来，对图1对应的实施例中表面顶点对应的反射色调的获取进行说明。

从物理角度来理解，物体表面其实是由许许多多的微平面组成的，因此，在本发明实施例中，基于半透明物体形状结构复杂，表面不完全平整的特性，半透明物体的三维模型表面的片元对应的高光项可以通过基于微平面的Cook-Torrance分布模型来获取。在此，高光项用于模拟半透明物体表面的高光效果，而高光效果是由半透明物体表面对光线的反射而产生的。当光线由一种介质射向折射率不同的另一种介质时，一部分光线会在介质交界处发生反射，并未进入另一种介质，这种现象被称为菲涅尔(Fresnel)反射。从视觉感受的角度出发，对于未反射进人眼的光线，人眼不会有感知，而只有当反射的光线进入人眼时，人眼才能通过物体表面上产生的高光效果来感知到光线的反射，因此，在对三维模型进行光线反射相关的图像渲染时，只需要对产生了高光效果的片元进行渲染。如图10所示，其反映了多束光线分别照射在物体表面的不同微平面时的光路图，其中，l代表光线的入射方向，v代表人眼的视线方向，h为l与v的中间向量，即h、l之间的夹角与h、v之间的夹角相等，那么，只有在微平面的表面法向量m恰好与h相等时，该微平面对光线所产生的反射才能被人眼所接收。在此，称这部分被人眼接收的反射光线为有效反射光，称产生了有效反射光的微平面为有效微平面。Cook-Torrance分布模型正是考虑到了菲涅尔反射中反射光线的有效性，且在对三维模型进行光线反射相关的图像渲染时，在Cook-Torrance分布模型中主要考虑镜面反射的部分，即

其中，R_s为表面顶点对应的反射色调，F(l,h)是有效微平面产生的菲涅尔反射，因为即使是有效微平面，其反射光的方向也有可能被其他微平面遮挡，或者其反射光的方向在视线方向被阻挡，因此，G(l,v,h)是没有被遮挡的有效微平面在所有有效微平面中所占的比例，该比例通过校正因子

进行校正，D(h)是微平面的法线分布函数。通过Cook-Torrance分布模型来计算出每个表面顶点所需要渲染的反射色调，以对表面顶点进行反射色的渲染。

基于上述所述的关于图像渲染的方法的实施例，图11为本发明实施例提出的图像渲染的装置的组成结构示意图，如图11所示，在本发明的实施例中，图像渲染的装置1包括：厚度值确定单元11，散射色调确定单元12，透射色调确定单元13和渲染单元14。

厚度值确定单元11，用于确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，厚度值用于表示光线从表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离。

散射色调确定单元12，用于基于厚度值得到表面顶点的散射色调。

透射色调确定单元13，用于基于厚度值得到表面顶点的透射色调。

渲染单元14，用于将散射色调、透射色调与表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染表面顶点。

进一步地，作为本发明的一个实施例，厚度值确定单元11具体用于；

调取三维模型的厚度贴图，厚度贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中的一个表面顶点对应的厚度值；

根据表面顶点在三维模型的表面中的位置，在厚度贴图中查找表面顶点对应的厚度值。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元12具体用于：

基于厚度值得到表面顶点对应的模糊度，模糊度用于代表光线从表面顶点射入后产生的散射光强度；

结合模糊度与设定的三维模型的散射权重，计算出表面顶点对应的散射光强度；

根据散射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的散射色调。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元12基于厚度值得到表面顶点对应的模糊度，包括：

调取三维模型的第一散射贴图，第一散射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中的一个表面顶点对应的模糊度；

根据厚度值和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在第一散射贴图中查找得到表面顶点对应的模糊度。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元12在调取三维模型的第一散射贴图之前，还用于：

根据表面顶点的表面曲率和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，创建第二散射贴图；

将所述第二散射贴图中的所述表面曲率替换为所述厚度值，将高斯函数预积分至第二散射贴图，得到第一散射贴图。

进一步地，作为本发明的一个实施例，透射色调确定单元13用于：

调取三维模型的透射贴图，透射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中一个表面顶点对应的透射光强度；

根据厚度值在透射贴图中查找得到表面顶点对应的透射光强度；

根据透射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的透射色调。

进一步地，作为本发明的一个实施例，透射色调确定单元13在调取三维模型的透射贴图之前，还用于：

基于设定的光衰减函数计算三维模型中每个表面顶点对应的透射光强度，光衰减函数与表面顶点的厚度值相关；

根据计算结果创建透射贴图。

图12是本发明实施例提供的图像渲染的装置的硬件结构示意图。该图像渲染的装置可以位于终端或服务器等计算设备之中，包括：

处理器1、存储器2以及存储在存储器2中并可在处理器1上运行的计算机程序3，例如图像渲染程序。处理器1执行计算机程序3时实现上述各个图像渲染的方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至104。或者，处理器1执行计算机程序3时实现上述各装置实施例中各单元的功能，例如图11所示单元11至14的功能。

示例性的，计算机程序3可以被分割成一个或多个单元，一个或者多个单元被存储在存储器2中，并由处理器1执行，以完成本发明。一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序3在图像渲染的装置中的执行过程。例如，计算机程序3可以被分割成厚度值确定单元、散射色调确定单元、透射色调确定单元和渲染单元，各单元具体功能如下：

厚度值确定单元，用于确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，厚度值用于表示光线从表面顶点射入后在三维模型内部的传播距离。

散射色调确定单元，用于基于厚度值得到表面顶点的散射色调。

透射色调确定单元，用于基于厚度值得到表面顶点的透射色调。

渲染单元，用于将散射色调、透射色调与表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染表面顶点。

进一步地，作为本发明的一个实施例，厚度值确定单元用于；

调取三维模型的厚度贴图，厚度贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中的一个表面顶点对应的厚度值；

根据表面顶点在三维模型的表面中的位置，在厚度贴图中查找表面顶点对应的厚度值。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元用于：

基于厚度值得到表面顶点对应的模糊度，模糊度用于代表光线从表面顶点射入后产生的散射光强度；

结合模糊度与设定的三维模型的散射权重，计算出表面顶点对应的散射光强度；

根据散射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的散射色调。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元基于厚度值得到表面顶点对应的模糊度，包括：

调取三维模型的第一散射贴图，第一散射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中的一个表面顶点对应的模糊度；

根据厚度值和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在第一散射贴图中查找得到表面顶点对应的模糊度。

进一步地，作为本发明的一个实施例，散射色调确定单元在调取三维模型的第一散射贴图之前，还用于：

根据表面顶点的表面曲率和表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，创建第二散射贴图；

将所述第二散射贴图中的所述表面曲率替换为所述厚度值，将高斯函数预积分至第二散射贴图，得到第一散射贴图。

进一步地，作为本发明的一个实施例，透射色调确定单元用于：

调取三维模型的透射贴图，透射贴图中每一点的颜色用于对应代表三维模型中一个表面顶点对应的透射光强度；

根据厚度值在透射贴图中查找得到表面顶点对应的透射光强度；

根据透射光强度与表面顶点的颜色纹理，计算表面顶点的透射色调。

进一步地，作为本发明的一个实施例，透射色调确定单元在调取三维模型的透射贴图之前，还用于：

基于设定的光衰减函数计算三维模型中每个表面顶点对应的透射光强度，光衰减函数与表面顶点的厚度值相关；

根据计算结果创建透射贴图。

本领域技术人员可以理解，图11仅仅是图像渲染的装置的示例，并不构成对图像渲染的装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如图像渲染的装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器1可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)，还可以是其他通用处理器、DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现成可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器2可以是人脸识别的装置的内部存储单元，例如硬盘或内存。存储器2也可以是人脸识别的装置的外部存储设备，例如配备的插接式硬盘，SMC(Smart Media Card，智能存储卡)，SD(Secure Digital，安全数字)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器2还可以既包括图像渲染的装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器2用于存储计算机程序以及图像渲染的装置所需的其他程序和数据。存储器2还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将人脸识别的装置内部结构划分成不同的功能单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的人脸识别的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像渲染的方法，其特征在于，包括：

确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，所述厚度值用于表示光线从所述表面顶点射入后在所述三维模型内部的传播距离；

基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调；

基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调；

将所述散射色调、所述透射色调与所述表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染所述表面顶点。

2.如权利要求1所述的图像渲染的方法，其特征在于，所述确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，包括；

调取所述三维模型的厚度贴图，所述厚度贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中的一个表面顶点对应的所述厚度值；

根据所述表面顶点在所述三维模型的表面中的位置，在所述厚度贴图中查找所述表面顶点对应的所述厚度值。

3.根据权利要求1所述的图像渲染的方法，其特征在于，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调，包括：

基于所述厚度值得到所述表面顶点对应的模糊度，所述模糊度用于代表光线从所述表面顶点射入后产生的散射光强度；

结合所述模糊度与设定的所述三维模型的散射权重，计算出所述表面顶点对应的散射光强度；

根据所述散射光强度与所述表面顶点的颜色纹理，计算所述表面顶点的所述散射色调。

4.根据权利要求3所述的图像渲染的方法，其特征在于，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点对应的模糊度，包括：

调取所述三维模型的第一散射贴图，所述第一散射贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中的一个表面顶点对应的所述模糊度；

根据所述厚度值和所述表面顶点对应的表面法线与光矢量的点积，在所述第一散射贴图中查找得到所述表面顶点对应的所述模糊度。

5.如权利要求4所述的图像渲染的方法，其特征在于，在所述调取所述三维模型的第一散射贴图之前，所述方法还包括：

根据所述表面顶点的表面曲率和所述表面顶点对应的所述表面法线与光矢量的点积，创建第二散射贴图；

将所述第二散射贴图中的所述表面曲率替换为所述厚度值，将高斯函数预积分至所述第二散射贴图，得到所述第一散射贴图。

6.根据权利要求1所述的图像渲染的方法，其特征在于，所述基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调，包括：

调取所述三维模型的透射贴图，所述透射贴图中每一点的颜色用于对应代表所述三维模型中一个表面顶点对应的透射光强度；

根据所述厚度值在所述透射贴图中查找得到所述表面顶点对应的所述透射光强度；

根据所述透射光强度与所述表面顶点的颜色纹理，计算所述表面顶点的所述透射色调。

7.根据权利要求6所述的图像渲染的方法，其特征在于，在所述调取所述三维模型的透射贴图之前，所述方法还包括：

基于设定的光衰减函数计算所述三维模型中每个所述表面顶点对应的所述透射光强度，所述光衰减函数与所述表面顶点的所述厚度值相关；

根据所述透射光强度创建所述透射贴图。

8.一种图像渲染的装置，其特征在于，包括：

厚度值确定单元，用于确定三维模型的每个表面顶点对应的厚度值，所述厚度值用于表示光线从所述表面顶点射入后在所述三维模型内部的传播距离；

散射色调确定单元，用于基于所述厚度值得到所述表面顶点的散射色调；

透射色调确定单元，用于基于所述厚度值得到所述表面顶点的透射色调；

渲染单元，用于将所述散射色调、所述透射色调与所述表面顶点的反射色调进行叠加，根据叠加的结果渲染所述表面顶点。

9.一种图像渲染的装置，其特征在于，包括：

所述装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的图像渲染的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器指令，当所述机器指令被一个或多个处理器执行时，所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的图像渲染的方法。

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