可調節(jié)光學參數(shù)的人體皮膚渲染技術研究.pdf

1、人體皮膚渲染技術在電影制作、電子游戲、醫(yī)學等領域有著重要的作用。隨著人們對渲染真實的人體皮膚乃至虛擬人物的需求越來越高，皮膚渲染漸漸成為計算機圖形學領域的重要課題。完全模擬光線在皮膚中的傳輸開銷太大，如何在盡量保持真實感的情況下減少計算開銷是皮膚渲染方面的重點發(fā)展方向；研究皮膚參數(shù)對膚色、通透性的影響，不僅有助于渲染更真實的皮膚，而且在其他領域也有重要的作用。
　　本文以可調節(jié)參數(shù)的人體皮膚渲染技術為主題，目標是實現(xiàn)一個結合人體皮

2、膚生物學參數(shù)的皮膚渲染引擎，研究不同參數(shù)條件下皮膚的外觀特征，體現(xiàn)生物學參數(shù)對皮膚外觀的影響。為了實現(xiàn)這一目標，本文分三個方面進行了研究，從離線渲染到實時渲染，完成了一套解決方案。
　　首先，現(xiàn)有的Multipole漫射模型(diffusion model)并不能很好地處理厚度小于兩個平均自由程(mean free path)的薄層介質，其中包括了本文將要研究的皮膚。針對這一問題，本文提出一種易于實現(xiàn)、不影響性能的擴展方法，通過將

3、光線分解為直接透射光和漫射光兩部分，解決了這一問題。通過和Monte-Carlo方法的比較，本文驗證了擴展方法在處理小于兩個平均自由程厚度的薄層時的準確性。
　　隨后，本文將擴展方法應用于皮膚渲染。本文從微觀和亞觀層面的皮膚結構出發(fā)，通過對各種皮膚結構光學性質的分析，建立了一個適合參數(shù)調整的皮膚模型。在將擴展方法應用于皮膚渲染的同時，本文針對渲染過程，借鑒了實時渲染的一些思路，提出了表面點生成和紋理應用相關方面的改進。通過該皮膚模

4、型，本文比較了不同參數(shù)下皮膚的外觀的變化，并使用該模型，匹配了高加索人種、亞洲人種、非洲人種等皮膚，體現(xiàn)了該模型較為廣泛的適用范圍。
　　離線渲染的一大劣勢是其渲染速度。為了能夠在調整皮膚參數(shù)時，實時獲得反饋，本文結合實時渲染方法，使用預計算插值的思路，通過對一系列細節(jié)的分析完善了預計算插值方法。本文使用預計算插值方法，最終實現(xiàn)了實時調整皮膚參數(shù)。與離線渲染效果的對比以及性能測試、錄制的視頻表明，本文實現(xiàn)的實時調整皮膚參數(shù)方法較為