一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法及系統(tǒng)，包括：創(chuàng)建網(wǎng)格模型，采樣法線和細(xì)節(jié)法線貼圖，生成每個(gè)像素的法線向量和細(xì)節(jié)法線向量采樣細(xì)節(jié)權(quán)重圖，獲取細(xì)節(jié)法線每個(gè)像素的權(quán)重值w；將法線向量和細(xì)節(jié)法線向量進(jìn)行疊加，得到混合法線向量其中采用混合法線向量進(jìn)行模型計(jì)算。通過(guò)上述方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中三維圖像模擬技術(shù)存在逼真度低的缺陷，在保證渲染的幀率的同時(shí)，提高了三維圖像的逼真度，增加更多的細(xì)節(jié)感，展現(xiàn)出更真實(shí)的畫面效果。
【專利說(shuō)明】一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)圖像逼真度的追求越來(lái)越高。利用圖像學(xué)的技 術(shù)可以描述越來(lái)越多的真實(shí)圖像，其中通過(guò)法線貼圖的方法可以是提高對(duì)三維圖像描述的 逼真度。在計(jì)算機(jī)處理能力有限的情況下或者渲染動(dòng)畫受時(shí)間限制時(shí)，法線貼圖也是比較 好的解決辦法，最近法線貼圖多用于CG動(dòng)畫的渲染以及游戲畫面的制作上，將具有高細(xì)節(jié) 的模型通過(guò)映射烘焙出法線貼圖，然后賦予低端模型的法線貼圖通道上，使其表面具有光 影分布的渲染效果，能大大降低表現(xiàn)物體時(shí)需要的面數(shù)和計(jì)算內(nèi)容，從而達(dá)到優(yōu)化動(dòng)畫和 游戲的渲染效果。法線其實(shí)就是一種凹凸，而法線貼圖質(zhì)量越高越清晰，用來(lái)刻畫角色人物 的外觀是可以的，但是如果要更逼真的描繪出角色更多的真實(shí)的細(xì)節(jié)，單依靠法線貼圖表 達(dá)不出逼真的效果，例如角色人物皮膚的毛孔，胳膊上的毛細(xì)血管等。因此，現(xiàn)有技術(shù)的三 維圖像模擬技術(shù)存在逼真度低的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明提供一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法及系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高三維圖 像模擬的逼真度。
[0004] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法，包括：
[0005] 創(chuàng)建網(wǎng)格模型，采樣法線和細(xì)節(jié)法線貼圖，生成每個(gè)像素的法線向量和細(xì)節(jié)法 線向量;
[0006] 采樣細(xì)節(jié)權(quán)重圖，獲取細(xì)節(jié)法線每個(gè)像素的權(quán)重值w ;
[0007] 將法線向量和細(xì)節(jié)法線向量進(jìn)行疊加，得到混合法線向量W，其中
【權(quán)利要求】
1. 一種三維圖像表面細(xì)節(jié)的模擬方法，其特征在于，包括如下步驟： 創(chuàng)建網(wǎng)格模型，采樣法線和細(xì)節(jié)法線貼圖，生成每個(gè)像素的法線向量M和細(xì)節(jié)法線向 量瓦·' 采樣細(xì)節(jié)權(quán)重圖，獲取細(xì)節(jié)法線每個(gè)像素的權(quán)重值W; 將法線向量和細(xì)節(jié)法線向量]^進(jìn)行疊加，得到混合法線向量其中Nfml = Na +W · Nb; 采用混合法線向量^.進(jìn)行模型計(jì)算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬方法，其特征在于，所述采樣法線和細(xì)節(jié)法線貼圖具體 包括： 利用tex2D函數(shù)讀取切線空間法線向量和細(xì)節(jié)法線向量值；^,其中]ζ:和啲各 坐標(biāo)值取值范圍e(〇, 1); 轉(zhuǎn)化切線空間法線向量和細(xì)節(jié)法線向量取值范圍，令$=2·?ζ-1， = 2 ·< - 1，其中和--?各坐標(biāo)值取值范圍e(-1，1)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬方法，其特征在于，所述法線向量.和細(xì)節(jié)法線向量 位于世界坐標(biāo)系下，所述生成法線向量和細(xì)節(jié)法線向量包括： 根據(jù)網(wǎng)格模型的三角形頂點(diǎn)位置及UV坐標(biāo)計(jì)算切線空間坐標(biāo)系下的三角形頂點(diǎn)的切 線向量:寧、副法線向量百、法線向量Η，以及轉(zhuǎn)換矩陣M;其中M為切線空間寧、B、N的 3X3矩陣
將切線空間坐標(biāo)系下的法線向量和細(xì)節(jié)法線向量:$和轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的法 線向量:?:和t，其中?^ =Μ.?^，]^ =Μ.--^
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬方法，其特征在于，在計(jì)算所述轉(zhuǎn)換矩陣M之前，還包 括： 判斷模型是否鏡像，當(dāng)（寧xB).W<0時(shí)，令切線向量寧、副法線向量言反向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的模擬方法，其特征在于，所述細(xì)節(jié)法線貼圖通過(guò)重 復(fù)平鋪參數(shù)和偏移參數(shù)調(diào)節(jié)三維圖像細(xì)節(jié)強(qiáng)弱程度，其中，重復(fù)平鋪參數(shù)控制細(xì)節(jié)法線的 重復(fù)平鋪次數(shù)；偏移參數(shù)調(diào)整細(xì)節(jié)法線的坐標(biāo)值在（_1，1);所述權(quán)重值w是一個(gè)能夠調(diào)節(jié) 的常量，用于整體調(diào)節(jié)三維圖像表面的明暗細(xì)節(jié)程度，we(〇, 1)。
6. -種三維對(duì)象表面細(xì)節(jié)的模擬系統(tǒng)，其特征在于，包括： 法線向量和細(xì)節(jié)法線向量生成模塊，用于創(chuàng)建網(wǎng)格模型，采樣法線和細(xì)節(jié)法線貼圖，生 成每個(gè)像素的法線向量:和細(xì)節(jié)法線向量:?; 細(xì)節(jié)權(quán)重值獲取模塊，用于采樣細(xì)節(jié)權(quán)重圖，獲取細(xì)節(jié)法線的每個(gè)像素的權(quán)重值W; 混合法線向量生成模塊，用于將法線向量和細(xì)節(jié)法線向量進(jìn)行疊加，得到混合 法線向量iV_，其中Λ^',αΖ =iV^ +w. 模型計(jì)算模塊，用于采用混合法線向量進(jìn)行模型計(jì)算。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述法線向量和細(xì)節(jié)法線向量生成 模塊還包括： 坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換模塊，用于利用tex2D函數(shù)讀取切線空間法線向量和細(xì)節(jié)法線向量值 .?，其中?ζ.和1?!的各坐標(biāo)值取值范圍e(〇，1);轉(zhuǎn)化切線空間法線向量和細(xì)節(jié)法線向 量取值范圍，令$ = 2 ·&>_ 1,--?= 2 1，其中和各坐標(biāo)值取值范圍 e(-1，1)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述法線向量和細(xì)節(jié)法線向量生 成模塊還包括： 空間轉(zhuǎn)換模塊，用于根據(jù)網(wǎng)格模型的三角形頂點(diǎn)位置及UV坐標(biāo)計(jì)算切線空間坐標(biāo)系 下的三角形頂點(diǎn)的切線向量?、副法線向量§、法線向量貧，以及轉(zhuǎn)換矩陣M;其中M為切線
空間 的3X3矩陣， Τ,BsNI 將切線空間坐標(biāo)系下的法線向量和細(xì)節(jié)法線向量和轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系下的法 線向量]^和]^，其中f= = 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述法線向量和細(xì)節(jié)法線向量生成 模塊還包括：模型鏡像判斷模塊，用于判斷模型是否鏡像，當(dāng)X百）.g< 〇時(shí)，令切線 向量?、副法線向量:?反向。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述細(xì)節(jié)法線貼圖通過(guò)重 復(fù)平鋪參數(shù)和偏移參數(shù)調(diào)節(jié)三維圖像細(xì)節(jié)強(qiáng)弱程度，其中，重復(fù)平鋪參數(shù)控制細(xì)節(jié)法線的 重復(fù)平鋪次數(shù)；偏移參數(shù)調(diào)整細(xì)節(jié)法線的坐標(biāo)值在（_1，1);所述權(quán)重值w是一個(gè)能夠調(diào)節(jié) 的常量，用于整體調(diào)節(jié)三維圖像表面的明暗細(xì)節(jié)程度，we(〇, 1)。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104463954SQ201410650599
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】張翼 申請(qǐng)人:無(wú)錫梵天信息技術(shù)股份有限公司