真实感渲染技术的应用越来越广泛,对复杂材质的真实感渲染在动漫影视、广告宣传、产品辅助设计、服装辅助设计等领域起着重要作用,是学术与应用领域研究与关注的热点问题。在计算机图形学中,对布料织物、皮肤等复杂材质的渲染难点在于,材质的高度真实感呈现依赖于其几何建模以及材质建模。几何建模描述物体的形状特性,是构建物体表面的可见凹凸特征的宏观几何结构,而材质建模描述物体对光照的反射特性,是构建能够影响高光分布的微观几何结构。相同几何模型的不同物体,由于表面几何结构、材料、密度、颜色等属性存在差异,在不同光照下会呈现出复杂而丰富的光学现象。将几何建模与材质建模结合,双向纹理函数(Bidirectional Texture Function, BTF)变成了一个很好的选择。BTF能够定义与传递任意材质表面的唯一性,考虑光源和视点的因素,捕捉阴影、掩膜与复杂的非漫反射效果,使材质具有真实感,无人造痕迹。BTF是一种6维的纹理表示方法,包括光源、视点、位置信息,采集、测量、捕获真实世界的各种材质的信息,将真实感材质表示为在变换光照和视角方向下的二维纹理。测量装置对材质在不同光源与视角方向下捕获的图像序列,即为BTF数据,因而BTF可以被看成空间变换的BRDF和中观-几何结构的结合。本文旨于从BTF数据中重构材质的中观几何结构,包括物体表面的法向信息和深度信息,而重构的对象为毛衣织物、壁纸、窗帘等材质。从图像中重构材质的几何特征,常采用计算机视觉中的三维重建方法,恢复物体表面的朝向,并根据表面的梯度场信息来拟合曲面。常见的三维重建方法有Shape From X方法、光度立体视觉法(Photometric Stereo)、运动图像序列法、立体视觉法等方法。其中,光度立体视觉的方法实现简单且适用于任意近似漫反射表面的三维重建,能够恢复出场景的细节信息,适合从BTF数据中重构测量材质的法向信息。但由于此方法的反射模型假设为理想的Lambert反射模型,而实际上输入的图像序列中都有非Lambert的异常部分,易受高光、阴影、噪声等因素的影响,使表面重建的结果出现偏差,存在低频噪声。且光度立体视觉对测量设备有严格要求,容易引入系统误差。为解决上述问题,本文基于光度立体视觉方法,提出了一种从BTF数据中重构测量材质几何特征的优化方法。利用材质在不同角度光源与视角下的BTF数据,去除图像序列中高光、阴影、噪声等对光度立体视觉方法的影响,从而重构出物体表面的朝向。再经由重构的法向信息计算出材质表面的梯度场,采用最小二乘的表面重建方法,新建一个离散表面,使它的梯度与测量的梯度在全局垂直距离的最小二乘意义上相等,据此求解出材质表面的深度信息。