环境光下的交互式头发绘制

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环境光是一种用于模拟真实世界自然光照效果的有效手段。近年来,学术界对环境光照下物体的交互式绘制进行了大量的研究,取得了较大的进展,但环境光下头发的快速绘制问题仍然没有得到解决,现有的交互式头发绘制算法只能处理点光源或者方向光等简单光源。我们提出了一种快速算法,可以在环境光下以交互式帧率实现头发的绘制,并同时考虑光线在头发上的单次散射效果和头发间的多次散射效果。光线在头发上散射进入视点的辐射亮度等于环境光,散射函数,以及头发透射率三者的乘积在球面上的积分。我们使用了一组球面径向基函数(SRBF)来近似环境光,并将头发受到的光照近似为这组SRBF光照贡献的总和。对于单个SRBF光源,我们将光照计算公式里的透射率从积分中提取出来,并引入有效透射率(effectivetransmittance)的概念,于是光照公式可以转化为有效透射率乘上散射函数与SRBF的卷积。由于卷积部分的计算与头发几何无关,所以我们可以针对常用的头发散射模型进行预计算,将其与SRBF的卷积结果存储起来,这样就将绘制阶段复杂的积分计算转化成了查表操作。另外我们提出了一种新的卷积光深度图(convolutionoptical depth map)的方法,它通过在SRBF中心位置上对光深度图进行滤波,从而近似的计算出有效透射率。另外,我们实现了Zinke等人提出的双重散射近似算法来模拟光线在头发之间的多次散射效果。实验证明我们的算法可以达到交互式的绘制帧率,而且绘制结果与离线算法绘制出来的结果非常接近。
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