【摘 要】
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在现实世界的光照环境下,许多材质有着高频变化的外观光泽闪烁现象。这种现象的成因在于:物体表面上无数微观结构中的一部分形成了完美镜面反射或折射,将尖锐的强烈光源入射到这些微观结构位置上的光线所携带的能量较大比例地散射到观察位置,被人眼观察到。在高度真实感渲染领域里,高精细程度的表观细节材质模型对于提升场景的真实感起到至关重要的作用。传统的材质模型容易使画面变得“油腻”、单调或亮度不正确。而优秀的金属
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在现实世界的光照环境下,许多材质有着高频变化的外观光泽闪烁现象。这种现象的成因在于:物体表面上无数微观结构中的一部分形成了完美镜面反射或折射,将尖锐的强烈光源入射到这些微观结构位置上的光线所携带的能量较大比例地散射到观察位置,被人眼观察到。在高度真实感渲染领域里,高精细程度的表观细节材质模型对于提升场景的真实感起到至关重要的作用。传统的材质模型容易使画面变得“油腻”、单调或亮度不正确。而优秀的金属、皮革、毛发等材质模型能起到以假乱真的效果。目前学界已经出现一些方法对于反射表面存在的细节光泽闪烁现象进行模拟。但是,透明表面上的闪烁现象同样广泛存在于现实中(比如蚀刻玻璃、薄霜、细密的水滴等)并且没有被很好地研究与模拟。仅有一项最新的研究能够对透明闪烁现象进行模拟,但其方法存在诸多限制,其材质表达能力有限(只能在其中应用Beckmann微表面分布以及V腔阴影遮挡函数)。在本文中,我们提出一种更加泛用且散射能量物理准确度更高的透明闪烁模型,其关键思路是:假定物体的表面均匀分布一定数量的、各自带有朝向的微小粒子,针对被渲染的某像素,通过4D层次结构来快速地搜索和计算有多少粒子能将入射的光线散射到像素的足迹范围中,从而得到像素的能量值即闪烁亮度。本文的方法作为离线渲染器的BSDF材质模块被实现,仅使用少量直观的参数就能完成丰富的定制和高度真实感闪烁透明材质的渲染。材质模型能支持任意的表面法线分布函数(诸如GGX分布或Beckmann分布),并生成透明闪烁的外观。实验结果表明增加离散粒子总数能够使得材质外观收敛到传统的光滑微表面模型的外观,证明了本文方法理论推导的正确性。模型的时间复杂度与指定的离散粒子总数呈对数关系,在本文实验的常用设置下,时间开销平均大致为传统光滑微表面模型的2倍,但能得到更真实的外观表现。本文模型可以初步应用于高度真实的蚀刻玻璃、薄霜等物体的表面材质渲染场景。传统光滑透明材质模型在实际应用中会使得表面光泽过于完美、光滑、均匀,使绘制结果不够真实。而本文模型可以用来创造在强烈光照条件下闪闪发光的表面,提供了一种有逻辑的、可控制的和动画连贯性的噪声样式的细节来增加视觉丰富程度。
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