CN113112582B - 一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，包括步骤：(1)根据基于物理的渲染散射部分的计算中间值，即散射颜色值，对该中间值进行吸收率修正，得到进行吸收率修正之后的中间值；(2)根据面料的纹理颜色，计算深色修正系数；(3)根据入射光与面料法线的夹角以及观察方向与面料法线的夹角，计算增强系数；(4)根据用户输入的侧面光强度、计算得到的深色修正系数、计算得到的增强系数、以及进行吸收率修正之后的中间值，计算得到侧光部分的中间值；(5)侧光部分的中间值与散射颜色值求和，得到最终使用的中间值；(6)根据计算得到的最终使用的中间值，替换散射颜色值进行基于物理的渲染。

Description

一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法
技术领域
本发明涉及实时渲染技术领域，具体涉及一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法。
背景技术
侧光织物面料是一种常见却具有特殊光学特性的材料。该面料的表面有细小的毛绒结构，该结构与入射光交互，能够产生强烈的散射现象。这类面料常见于近乎所有的织物，尤其常见于棉织品。这类织物所表现出来的特点主要有两个，其一是织物的侧面略微更亮，而另一个特点则是织物的侧面也略微发白。该现象本质是由光和细毛线的交互所导致的。
面料实时渲染所调用的图形库程序编程接口为OpenGL。OpenGL是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口。OpenGL存在于Windows，部分UNIX平台和Mac OS，利用了图形加速硬件以高效实现渲染。这些实现一般由显示设备厂商提供，而且非常依赖于该厂商提供的硬件。它严格规范了图形库中每个函数的执行与输出，并封装了图形库函数的内部实现，是常用的图形库程序编程接口之一。本发明所涉及的内容主要与OpenGL的片段着色器编程部分相关，其编程语言使用GLSL语言。
面料实时渲染所用的渲染方法为前向渲染。与延迟渲染不同，前向渲染仅渲染一次就能够得到最终的渲染结果。前向渲染与延迟渲染相比，其弱点在于前向渲染无法很好地处理多光源的情况，而服装渲染由于其目的是渲染较小范围内的服装，环境光就能够较好地满足光源效果。而前向渲染的优势在于其速度快且占用显存小，更适合复杂渲染的实时渲染。前向渲染的一次渲染主要包括了顶点数据传入、顶点着色、曲面细分、几何着色、片元分装、片元剔除、光栅化、片段着色、测试与混合等步骤。而本发明是对渲染过程中的片段着色器过程进行编程，这主要是在计算每一个像素的最终颜色。
面料实时渲染所用到的计算方法是基于物理的渲染(PBR)的改进方法。基于物理的渲染将出射光区分为散射与反射部分，并遵循能量守恒的定律进行计算。其考虑了界面的微表面分布特点以及菲涅尔效应，使渲染的结果更接近于真实，是最常用的渲染计算方法。但是该方法主要适用于较常见的简单表面和折射性较差或不透光的材质。
目前主流的基于物理的渲染模型将材质的表面结构简化微表面模型，故不会不考虑侧光织物面料表面的细小毛绒。侧光织物面料由于其表面毛绒结构而拥有独特的光学特性，难以被通用的渲染模型所涵盖。且目前，我国真实感服装仿真软件大部分都不支持类似于本发明的侧光织物面料的实时渲染，且使用侧面光源的方法仅能够取巧地得到类似的效果，没有任何现有的材质模型来达到侧光织物面料的渲染效果。
发明内容
针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，能够实时地渲染侧光织物面料并且其真实感满足了应用需求。
一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，包括步骤：
(1)根据基于物理的渲染(PBR)散射部分的计算中间值，即散射颜色(diffusecolor)值，对该中间值进行吸收率修正，得到进行吸收率修正之后的中间值，即进行吸收率修正之后的颜色值；
(2)根据面料的纹理颜色，计算深色修正系数；
(3)根据入射光与面料法线的夹角，即入射角，以及观察方向与面料法线的夹角，即观察角，计算增强系数；
(4)根据用户输入的侧面光强度、计算得到的深色修正系数、计算得到的增强系数、以及进行吸收率修正之后的中间值，计算得到侧光部分的中间值；
(5)侧光部分的中间值与所述散射颜色值求和，得到最终使用的中间值；
(6)根据计算得到的最终使用的中间值，替换所述散射颜色值进行基于物理的渲染。
步骤(1)中，所述散射颜色值被用于基于物理的渲染的后续计算中，其计算公式为：
CdiffuseColor＝(1-m)*CbaseColor，
其中，CdiffuseColor表示散射颜色值，m表示金属度，CbaseColor表示面料的纹理颜色值。
步骤(1)中，所述进行吸收率修正的计算公式为：
C'diffuseColor＝0.95*CdiffuseColor+0.05*Cwhite，
其中，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值，Cwhite表示白色。
步骤(2)中，所述深色修正系数Kc的计算公式为：
Figure BDA0003029369310000031
其中，VdiffuseColor表示所述散射颜色值的明度。
VdiffuseColor计算公式为：
VdiffuseColor＝max(RdiffuseColor,GdiffuseColor,BdiffuseColor)，
即，VdiffuseColor取所述散射颜色RGB值中的最大值。
步骤(3)中，所述增强系数的计算公式如下：
Figure BDA0003029369310000041
其中，Kn表示增强系数，αNL和αNV表示常数参数，θNL和θNV分别表示入射角和观察角的大小。
在一优选例中，αNL和αNV均取0.6。
步骤(4)中，所述侧光部分的中间值计算公式如下：
Cside＝KiKcKnC'diffuseColor，
其中，Cside表示侧光部分的中间值，Ki表示用户输入的侧面光强度，Kc表示深色修正系数，Kn表示增强系数，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、实现了一种能够实时渲染侧光织物面料的计算方法，其真实感能满足应用需求
2、用户调整仅需调整侧面光强度一个参数，且侧面光强度参数十分独立，不会受到纹理颜色的影响。
附图说明
图1为本发明实施例渲染得到侧光织物面料结果的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
如图1所示，本实施例的真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，包括步骤：
S1、根据基于物理的渲染散射部分的计算中间值，即散射颜色值，对该中间值进行吸收率修正，得到进行吸收率修正之后的中间值，即进行吸收率修正之后的颜色值；
S2、根据面料的纹理颜色，计算深色修正系数；
S3、根据入射光与面料法线的夹角，即入射角，以及观察方向与面料法线的夹角，即观察角，计算增强系数；
S4、根据用户输入的侧面光强度、计算得到的深色修正系数、计算得到的增强系数、以及进行吸收率修正之后的中间值，计算得到侧光部分的中间值；
S5、侧光部分的中间值与所述散射颜色值求和，得到最终使用的中间值；
S6、根据计算得到的最终使用的中间值，替换所述散射颜色值进行基于物理的渲染。
下面以一种具体的球形状侧光织物面料为例，进行详细说明：
步骤S1中，所述散射颜色值被用于基于物理的渲染的后续计算中，其计算公式为：
CdiffuseColor＝(1-m)*CbaseColor，
其中，CdiffuseColor表示散射颜色值，m表示金属度，CbaseColor表示面料的纹理颜色值。所述金属度具体设置时可设为0。
步骤S1中，所述进行吸收率修正的计算公式为：
C'diffuseColor＝0.95*CdiffuseColor+0.05*Cwhite，
其中，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值，Cwhite表示白色。
步骤S2中，所述深色修正系数Kc的计算公式为：
Figure BDA0003029369310000061
其中，VdiffuseColor表示所述散射颜色值的明度。
VdiffuseColor计算公式为：
VdiffuseColor＝max(RdiffuseColor,GdiffuseColor,BdiffuseColor)，
即，VdiffuseColor取所述散射颜色RGB值中的最大值。
步骤S3中，所述增强系数的计算公式如下：
Figure BDA0003029369310000062
其中，Kn表示增强系数，αNL和αNV表示常数参数，可均设置为0.6，θNL和θNV分别表示入射角和观察角的大小。
步骤S4中，所述侧光部分的中间值计算公式如下：
Cside＝KiKcKnC'diffuseColor，
其中，Cside表示侧光部分的中间值，Ki表示用户输入的侧面光强度，Kc表示深色修正系数，Kn表示增强系数，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，其特征在于，包括步骤：
(1)根据基于物理的渲染散射部分的计算中间值，即散射颜色值，对该中间值进行吸收率修正，得到进行吸收率修正之后的中间值，即进行吸收率修正之后的颜色值；
所述散射颜色值的计算公式为：
CdiffuseColor＝(1-m)*CbaseColor，
其中，CdiffuseColor表示散射颜色值，m表示金属度，CbaseColor表示面料的纹理颜色值；
(2)根据面料的纹理颜色，计算深色修正系数；
所述深色修正系数Kc的计算公式为：
Figure FDA0003644357390000011
其中，VdiffuseColor表示所述散射颜色值的明度；
VdiffuseColor计算公式为：
VdiffuseColor＝max(RdiffuseColor,GdiffuseColor,BdiffuseColor)，
即，VdiffuseColor取所述散射颜色RGB值中的最大值；
(3)根据入射光与面料法线的夹角，即入射角，以及观察方向与面料法线的夹角，即观察角，计算增强系数；
所述增强系数的计算公式如下：
Figure FDA0003644357390000021
其中，Kn表示增强系数，αNL和αNV表示常数参数，αNL和αNV均取0.6，θNL和θNV分别表示入射角和观察角的大小；
(4)根据用户输入的侧面光强度、计算得到的深色修正系数、计算得到的增强系数、以及进行吸收率修正之后的中间值，计算得到侧光部分的中间值；
所述侧光部分的中间值计算公式如下：
Cside＝KiKcKnC'diffuseColor，
其中，Cside表示侧光部分的中间值，Ki表示用户输入的侧面光强度，Kc表示深色修正系数，Kn表示增强系数，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值；
(5)侧光部分的中间值与所述散射颜色值求和，得到最终使用的中间值；
(6)根据计算得到的最终使用的中间值，替换所述散射颜色值进行基于物理的渲染。
2.根据权利要求1所述的真实感服装渲染中的侧光织物面料实时渲染方法，其特征在于，步骤(1)中，所述进行吸收率修正的计算公式为：
C'diffuseColor＝0.95*CdiffuseColor+0.05*Cwhite，
其中，C'diffuseColor表示进行吸收率修正之后的颜色值，Cwhite表示白色。
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