随着计算机技术的发展,三维渲染和虚拟现实在现代的工业应用以及日常生活中占据了越来越重要的位置。三维渲染不仅仅需要三维模型,为了呈现更多丰富逼真的视觉效果,材质也是必不可少的一部分。在现有的技术中对于材质的获取大多采用拍摄技术,然而由于拍照条件的限制往往得不到精确细致的材质信息,因此如何获取材质是三维应用的基础。本文现在使用的大多数工业软件,比如3dmax、maya等可以将材质赋予三维模型并进行渲染,然而三维模型的渲染是一件极其耗费时间的事情,因此如何在保持渲染品质的情况下完成材质替换也是一件非常有意义的工作。本文提出了一种全新的材质表面信息获取方法,并进一步提出了一种基于二维图像的纹理替换方法,大大节约了材质替换的时间。具体来说,本文主要的工作和贡献有以下三个方面:·材质获取硬件设备的设计。现有的材质视觉扫描方案多基于两种采集模式,扫描仪或照相机。其重要的缺陷有两点,一是采集信息不全,仅能采集色彩信息,二是质量不稳定,采集的信息很难达到实际应用的标准。在本文的设计中为了弥补上述两个缺点,这里设计了一种材质扫描设备,该设备使用了遮光箱、LED灯带、滤光膜以及匀光板等材料,可以获取方向光照射的图片并通过精心设计提高了拍照质量。·材质表面信息获取的方法。本文提出了结合多组拍照技术来提取材质表面的信息的方法,包括得到材质的法线信息、高光信息、漫反射光照信息、透明度信息以及置换信息。由于拍摄的图片质量有限,因此本文提出了光线补偿、图片矫正等预处理算法对图片进行处理,然后采用本论文设计的计算方法进行材质表面信息的计算,最后通过本论文设计的图像滤波技术、图片拼接等图像处理技术得到上下左右可拼接的高质量材质贴图。·基于二维图像的纹理替换方法。在工业设计等领域为了尽快的选出最适合的材质只要得到一个预览即可,并不需要特别精细的渲染,因此为了在不影响整体效果的情况的提高材质替换速度是非常重要的。因此本文设计了一种基于二维图片的纹理替换算法,仅仅使用基于3dmax渲染的中间二维图像以及材质信息,包括材质法线信息,材质颜色信息等就可以实现材质的快速替换。本文的实验表明这种纹理替换方法可以在保证模拟出三维渲染效果的情况下大大的提高纹理替换速度。