專利名稱：基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法
技術領域：
本發(fā)明屬于計算機虛擬現(xiàn)實技術領域，具體地說是一種利用線性光源的平坦物體材 質(zhì)反射屬性建模方法，用于真實感虛擬環(huán)境中材質(zhì)BRDF的建模和繪制。
技術背景真實物體三維建模是計算機圖形學的重要部分。三維建模分為幾何建模和屬性建模， 幾何建模已經(jīng)可以通過建模軟件和三維掃描儀等很好實現(xiàn)，屬性建模則成為一個計算機 圖形學建模的難點。其中真實物體表面反射屬性的精確采集和建模是計算機圖形學的熱點問題。物體的外觀是由光和物體的材質(zhì)作用的結果。反射屬性建模就是為了描述光與 物體表面如何進行相互作用。目前最常用的描述反射屬性的模型是雙向反射分布函數(shù) BRDF(Bi-directional Reflectance Distribution Function)。 文獻 1 - Nicodemus, F. E., Richmond, J. C., Hsia，丄J.， Ginsberg, I. W.， and Limperis, T. Geometric considerations and nomenclature for reflectance. National Bureau of Standards Monograph 160, 1977中首先完 整的描述了 BRDF定義，它描述了到達物體表面的入射光與從該位置反射的出射光的比 值。如果固定入射光和出射光方向，將材質(zhì)樣本圍繞表面法向旋轉(zhuǎn)，BRDF值保持不變， 則此類材質(zhì)為各向同性材質(zhì)；反之則稱為各向異性材質(zhì)。BRDF符合物理學的基本原理， 具有非負、能量守恒和可逆(Reciprocity)等重要特性。現(xiàn)實世界中，許多物體由多材質(zhì)構 成，為此需要用空間變化的BRDF(Spatially Varying BRDF， SVBRDF)描述物體表面反射 屬性。BRDF數(shù)據(jù)采集設備早期的有基于測角反射計(gonioreflectometer)的采集設備，如文 獻2 - K. Torrance, E. Sparrow, and R. Birkebak, "Polarization, directional distribution, and off-specular peak phenomena in light reflected from roughened surfaces," Optical Society of America, vol. 56, no. 7， pp. 916-925, 1966和文獻3 - F. Sing-Choong, "A Gonioreflectometer for Measuring the Bidirectional Reflectance of Material for Use in Illumination Computation," Computer Science, Cornell University, 1997中應用的設備，該類采集設備的精度較高，但其整個采集數(shù)據(jù)過程相對耗時?，F(xiàn)在比較普遍應用的是基于數(shù)碼相機的采集設備。相機 采集的二維圖像可以獲得大量的BRDF數(shù)據(jù)，這類設備可以采集單一材質(zhì)的BRDF數(shù)據(jù)， 但是比較受被采集材質(zhì)的限制，不通用，如文獻4 - W. Matusik， P. Hansp6ter, B. Matthew et al" "Efficient isotropic BRDF measurement," in Proceedings of the 14th Eurographics workshop on Rendering, Leuven, Belgium, pp. 241-247， 2003中應用的設備，還可以采集多 材質(zhì)的SVBRDF數(shù)據(jù)，文獻5 - K. Dana， J" "BRDF/BTF measurement device." pp. 460-466 中應用的設備， 一個可以快速采集SVBRDF的采集設備，使用拋物面反射鏡代替復雜的 機械控制來擴大入射域和觀察域的范圍，上述采集設備成本過高、耗時低效。對于經(jīng)過采集設備獲得的數(shù)據(jù)，接下來通常進入BRDF屬性建模階段，來對數(shù)據(jù)進 行處理得到數(shù)學模型或者經(jīng)驗模型。BRDF的建模方法主要有兩大類 一類是基于參數(shù) 化數(shù)學表達式的建模方法，通過對材質(zhì)樣本進行稀疏采樣，使用獲取的數(shù)據(jù)匹配已知解 析式的BRDF模型參數(shù)，在繪制過程中通過對解析式實時計算而進行反射現(xiàn)象模擬，例 如文獻6 - B. T. Phong, Illumination for computer generated pictures, Communications of ACM vol.l8， no. 6， pp311-317， 1975中使用簡單余弦波瓣(cosine lobe)近似鏡面反射的 Phong模型，文獻7 - E. Lafortune， S.-C. Foo, etc. Non-linear approximation of reflectance functions, Computer Graphics, 1997， no. Annual Conference Series: pp.117—126在Phong模 型基礎上改進的、物理上更逼真的Lafortune模型和文獻8 - Ward, G. J. Measuring and modeling anisotropic reflection. In SIGGRAPH, 1992， pp.265—272中使用高斯代替余弦的 Ward模型；另一類是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(Data-Driven)的BRDF建模方法，如文獻4對材質(zhì)密 集采樣，使用線性和非線性分析，通過內(nèi)插和外推方法生成新的BRDF數(shù)據(jù)，并提供一 些比較直觀的參數(shù)供用戶交互修改BRDF，該類方法建模復雜，需要采集大量數(shù)據(jù)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術解決解決問題為克服上述缺點，本發(fā)明提供一種基于線性光源的真實 物體材質(zhì)反射屬性建模方法，該方法構建了一套基于線性光源的采集設備，能夠高效的采 集數(shù)據(jù)，快速的求解BRDF模型參數(shù)。本發(fā)明采用基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特點在于步驟如下(1)基于線性光源的數(shù)據(jù)采集設備對數(shù)據(jù)采集和處理所述的線性光源的數(shù)據(jù)采集設備包括樂高機器人，作為數(shù)據(jù)采集設備的控制系統(tǒng)和自動平移系統(tǒng)； 工業(yè)相機，作為圖像數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)； 計算機，作為數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)； 線性光源，作為數(shù)據(jù)采集設備的光源系統(tǒng)；線性光源發(fā)出線性光照射在被采集的平面物體上，控制系統(tǒng)帶動自動平移系統(tǒng)向前移動，同時工業(yè)相機對被采集的平面進行圖像采集，計算機對采集的圖像數(shù)據(jù)進行后續(xù)
數(shù)據(jù)處理，得到像素值軌跡曲線Imageu,v(x)并存儲，其中x表示當前的圖像數(shù)據(jù)索引，x 的范圍為[l， n]， n為圖像個數(shù)，u和v表示當前像素點在圖像中的位置；(2) 利用步驟(1)中的線性光源，生成反射表；(3) BRDF屬性建模；根據(jù)步驟(1)得到的像素值軌跡曲線和步驟(2)中生成的反射表，得到Ward光照模型的a、然后再得到"，最后得到a，其中a漫反射參數(shù)，a鏡面反射參數(shù)，"為 材質(zhì)粗糙系數(shù)。所述步驟(l)得到像素值軌跡曲線的方法為把一系列的圖像數(shù)據(jù)定義為Imageu,v(x)， 其中x表示當前的圖像數(shù)據(jù)索引，x的范圍為[l， n]， n為圖像個數(shù)，u和v表示當前像 素點在圖像中的位置。所述步驟(2)中生成反射表圖像的步驟(a) 假設Ward模型中漫反射參數(shù)a- 1，對于漫反射部分利用線性光源進行光源線性化積分，繪制出漫反射表D(x);(b) 假設Ward模型中鏡面反射參數(shù)/9,l，對于鏡面反射部分利用線性光源進行光源線性化積分，繪制出鏡面反射表S。(x)，其中a材質(zhì)粗糙系數(shù)，其取值范圍是0—0.3;(c) 對于每一個當前的圖像數(shù)據(jù)索引x，求數(shù)學期望/z和方差ct;(d) 對步驟(a)和(b)中生成的兩個反射表進行優(yōu)化，優(yōu)化公式如下 &,(x) = 0 0<a'<0.005, a'為優(yōu)化后的材質(zhì)粗糙系數(shù)。所述步驟(3)漫反射參數(shù)a得到如下<formula>formula see original document page 7</formula>/^^w為已知漫反射參數(shù)，4,。"血w為G知漫反射參數(shù)A,。油w^M射峰值，Ld力i十算機數(shù) 據(jù)處理后得到的像素值軌跡曲線的漫反射峰值；所述步驟(3)的材質(zhì)粗糙系數(shù)a的得到方法為當線性光源運行到鏡面反射方向xm 處時，該點的鏡面反射峰值產(chǎn)生，根據(jù)統(tǒng)計學知識，求出該點鏡面反射軌跡曲線上像素 值的數(shù)學期望/Z和方差C7，以及所有像素值之和S，即根據(jù)如下三式求得<formula>formula see original document page 8</formula>其中xm是鏡面反射峰值所在的位置，，Xd是漫反射峰值所在位置，Image(x)是采集的第X幅圖像數(shù)據(jù)，取相對于Xm對稱的區(qū)域內(nèi)的像素值，即從Xm-2Xm-Xd到Xd，因為 相機對該區(qū)域的投影變換的影響，不同的像素對應不同的寬度，所以對于所有的值均需 要被縮放，縮放系數(shù)為下式 1V =-當?shù)玫竭@些統(tǒng)計樣本數(shù)據(jù)之后，從之前繪制出的線性光源的反射表中，查表得到與統(tǒng)計樣本計算出的O"相對應的反射表中的CJ，又因為線性光源反射表中O"和a是一一對應的，那么就可以求出a，且唯一。所述步驟(3)鏡面反射參數(shù)A的公式其中<formula>formula see original document page 8</formula>為已知鏡面漫反射參數(shù)，丄'自d^為己知鏡面漫反射參數(shù)P'自^w的反射峰 值，Ls為計算機數(shù)據(jù)處理后得到的像素值軌跡曲線的鏡面反射峰值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于構建了一套基于線性光源的高效的采集設備，只需 要采集幾百組數(shù)據(jù)圖像，就能夠采集平面真實物體的所有方向的材質(zhì)屬性數(shù)據(jù)；利用線性光 源和反射表快速的求解BRDF模型參數(shù)，避免利用非線性數(shù)值優(yōu)化方法求解的耗時、計算量 大和數(shù)值不穩(wěn)定問題。


圖1為本發(fā)明的整體結構圖；圖2為本發(fā)明的基于線性光源的數(shù)據(jù)采集設備結構示意圖； 圖3為本發(fā)明的光源線性化反射表；
圖4-a、圖4-b、圖4-c為本發(fā)明的Ward模型三個參數(shù)，圖4-a為求得的Ward模型的參數(shù)A，圖4-b為求得的Ward模型的參數(shù)A，圖4-c為求得的Ward模型的參數(shù)a ;圖5-a、圖5-b為本發(fā)明的實驗結果，圖5-a為物體的真實圖像，圖5-b為物體的繪 制效果圖。
具體實施方式
本發(fā)明主要針對平坦真實物體表面材質(zhì)反射屬性的BRDF建模。 如圖1所示，本發(fā)明的具體實施過程包括三個主要步驟數(shù)據(jù)采集與處理、BRDF 建模和GPU實時繪制。步驟一數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集與處理步驟是后續(xù)步驟的基礎，包括如下階段(1) 數(shù)據(jù)采集設備的搭建如圖2所示，本發(fā)明采用的采集設備為線性光源數(shù)據(jù)采集設備。其中的線性光源裝 置采用汽車裝飾用的鹵素管燈，50厘米長，直徑為2厘米，用黑色不反光膠布包裹，使 光源的一側(cè)成為長50厘米，寬約3毫米的線性光源，保證寬度可以足夠窄，忽略為理論 上的線性光源。使用樂高機器人腦力風暴(LEGO MindStroms Robotics)NXT #8527作為控制系統(tǒng)和 自動平移系統(tǒng)，并用其配件制作承載線性光源的雙輪，雙輪下方軌道由兩條約1米長和 1厘米寬的U型鋁槽構成，自動平移系統(tǒng)一方用魚線下掛一個重物，另一方則用魚線連 接到樂高機器人#8527的旋轉(zhuǎn)滑輪上，自動平移系統(tǒng)可以控制線性光源的水平移動。自 動平移系統(tǒng)把線性光源固定在離被采集的物體平面大約5厘米的高度，并且可以牽引線 性光源勻速平行移動。工業(yè)相機由大恒工業(yè)相機DH-SV1410和相機控制程序組成，相機放置在與采集平面 的向上法向量成60度角的方向上，朝向為采集平面。(2) BRDF數(shù)據(jù)的采集首先定義采集空間，即把采集平面當成由X軸和Z軸唯一確定的平面，線性光源平 行于Z軸，延與X軸平行的方向移動，采集平面中心為原點，相機的遠方向為X軸正方 向，Y軸垂直向上為正方向的三維空間。實際采集中，把需要采集的平面物體放到采集設備桌面上，用黑色啞光金屬條壓平 兩側(cè)。把相機架到平面X-O上一點，相機點與原點所成向量與Y軸正向夾角約60度， 這個角度要保證該相機位置采集到的數(shù)據(jù)足夠分開像素點的亮度值軌跡中漫反射峰值和 鏡面反射峰值。然后通過樂高機器人#8527的API對其進行參數(shù)設置，使其能夠勻速延X軸正向牽 引線性光源移動，齒輪轉(zhuǎn)數(shù)要保證足夠的采集移動間距。所謂足夠的采集移動間距就是 終止位置要過被采集平面在X軸正向的邊緣點反射視角向量的位置，即被采集平面物體 的在X軸正向的邊緣點相對與相機的視角向量關于該點法向量的反射向量通過的位置。 設置相機參數(shù)，對其進行調(diào)焦，使相機每5秒進行一次數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集過程如下把線性光源移到采集平面X軸負向一側(cè)，使線性光源起始位置 投射到Y-O平面的投影線段在被采集平面物體在X軸負向上的邊緣一側(cè)，使線性光源勻 速向X軸正向移動，同時每隔5秒鐘采集一次數(shù)據(jù)，直到線性光源到達終止位置，采集 數(shù)據(jù)結束。大概兩次相鄰數(shù)據(jù)線性光源的位移為l毫米，整個采集過程大約耗時半小時， 采集約300張圖像。(3)工業(yè)相機標定和數(shù)據(jù)處理為了建立圖像坐標系與采集空間的投影變換關系，需要確定工業(yè)相機的內(nèi)外參標定， 本發(fā)明應用文獻9隱Zhengyou Zhang, Gang Xu: A general expression of the fundamental matrix for both perspective and affine cameras. IJCAI 1997: pp. 1502-1510的方法，采集標定 相機內(nèi)外參所用的棋盤格數(shù)據(jù)。放入黑白棋盤格并使其中心與采集空間的中心重合，采 集一張圖像，再移動棋盤格角度，采集不同角度的多張圖像，應用這些圖像恢復出大恒 相機的內(nèi)參和相機相對于采集空間的外參。對于步驟(2)中采集得到的數(shù)據(jù)，通過計算機進行數(shù)據(jù)處理，即為把采集到的數(shù)據(jù)以 像素值軌跡的形式表示成曲線并存儲，其方法為把一系列的圖像定義為Imageu,v(x)， 其中x表示當前的圖像數(shù)據(jù)索引，假設圖像個數(shù)為n，那么x的范圍為[l， n]; u和v表 示當前像素點在圖像中的位置。每個像素點的軌跡曲線包含兩個峰值第一個比較寬和低的峰值為漫反射峰值，第 二個比較窄和高的峰值為鏡面反射峰值，解得的兩個峰值作為BRDF建?；謴蛥?shù)的基礎，本發(fā)明設線性光源到達該像素點正上方(即漫反射峰值點)的時候X為Xd,線性光源到達鏡面發(fā)射方向(即鏡面反射峰值)的時候X為Xm。 步驟二 BRDF屬性建模 BRDF屬性建模的過程如下 (1)建立Ward模型對于采集到的數(shù)據(jù)進行屬性建模，本發(fā)明采用Ward提出的各向同性橢圓型高斯銳化函數(shù)BRDF模型。因為Ward模型簡單精確，能較好的恢復真實物體的表面屬性。Ward
模型描述了表面上任一點的BRDF值的方程，即從反射方向(《,^)出射的光能和從入射 方向入射的光能的比值<formula>formula see original document page 11</formula>如下式<formula>formula see original document page 11</formula>上式中，A是漫反射光照參數(shù)，A是鏡面反射光照參數(shù)，a為表示材質(zhì)反射粗糙系 數(shù)，3是法向量n和入射光線與視角方向的半角向量h的夾角。(2) 光源線性化和繪制反射表 本發(fā)明的采集設備使用的光源是線性光源，而Ward模型中是對某一個采樣點的某一個方向發(fā)射過來的光線計算對應的某一觀察點的BRDF的值，所以需要對本發(fā)明的線 性光源理解成點光源的積分求和。對于漫反射部分的Lambert反射模型和鏡面反射部分 分別進行積分逼近。對本發(fā)明的Ward模型進行光源的積分求和時，如果假設視點向量 (《，^)和線性光源是垂直正交的，則《=0， A為常數(shù)。由于采集數(shù)據(jù)的相機是在X-O平面上，因此假設成立，最終每個像素點顏色值的計算公式如下本發(fā)明把對光源積分化之后的BRDF積分值存儲到一張反射表中。繪制如圖3所示 反射表本發(fā)明可以通過四個步驟(a) 假設Ward模型中漫反射參數(shù)A- 1，對于漫反射部分進行光源線性化積分，應用把點光源當作微量，對整個線性光源進行整體區(qū)域內(nèi)的積分求解，最終的結果存儲到 圖像中，繪制出漫反射表D(x)，如圖3左側(cè)D(x)部分所示。(b) 假設Ward模型中鏡面反射參數(shù)A-l，對于鏡面反射部分進行光源線性化積分， 對于每一個x進行線性積分，求得的所有在x定義域內(nèi)的值存儲到圖像中，繪制出鏡面 反射表S。(x)，其中材質(zhì)粗糙系數(shù)a的取值范圍是(0， 0.3)。(c) 對于每一個X求數(shù)學期望/Z和方差(7。(d) 對上述兩個反射表進行優(yōu)化，即經(jīng)過大量實驗結果得出經(jīng)驗值，使其在a'接近 于零時也能很好的連續(xù)，如下式S。.(;c)-0 0<a'<0.005， a'為優(yōu)化后的材質(zhì)粗糙系數(shù)。(3) 漫反射參數(shù)^本發(fā)明首先得到Ward模型的漫反射參數(shù)^，如圖4-a所示。根據(jù)像素點軌跡曲線 Imageu，v(x),可以得到各個通道的漫反射峰值。因為本發(fā)明采集的是理想平坦的材質(zhì)，那么，可知當線性光源運行到某一點垂直上方的時候，即x-Xd,該點得到的像素值為該點 漫反射峰值，設為Ld。這里需要注意把線性光源放到足夠高的位置，使得漫反射峰值和 鏡面反射峰值分開足夠遠，才可忽略鏡面反射峰值對漫反射峰值的影響。為了得到還需要知道像素點(u， v)的光能的多少，本發(fā)明應用顏色標定板(ColorChecker)獲得己知漫反射參數(shù)為p自,。^的漫反射峰值iL加，^"，然后根據(jù)正比關系得到^的值如下式(4)材質(zhì)粗糙系數(shù)or漫反射參數(shù)A已知后，首先考慮到因為漫反射峰值相對于鏡面反射峰值寬，所以不能忽略漫反射峰值對鏡面反射峰值的影響，為了得到精確的結果，本發(fā)明應用整個像素 值軌跡減去已經(jīng)求得的己知漫反射峰值，得到只有鏡面反射峰值的軌跡曲線。所以，減 去漫反射部分的鏡面反射軌跡曲線可以看作是獨立峰值的。當線性光源運行到鏡面反射方向Xm處時，該點的鏡面反射峰值產(chǎn)生，本發(fā)明根據(jù)統(tǒng) 計學知識，求出該點鏡面反射軌跡曲線上像素值的數(shù)學期望/z和方差o"，以及所有像素值之和S,根據(jù)如下三式求得<formula>formula see original document page 12</formula>其中Xm是鏡面反射峰值所在的位置，取相對于Xm對稱的區(qū)域內(nèi)的像素值，即從Xm = 2Xm-Xd到Xd，因為工業(yè)相機對該區(qū)域的投影變換的影響，不同的像素對應不同的寬度， 所以對于所有的值都需要被縮放，縮放系數(shù)為下式 <formula>formula see original document page 12</formula>當?shù)玫竭@些統(tǒng)計樣本數(shù)據(jù)之后，從之前繪制出的線性光源的反射表中，査表得到與統(tǒng)計樣本計算出的c7對應的反射表中的cr，又因為線性光源反射表中cr和a是一一對應
的，那么就可以求出a，且唯一，如圖4-C所示。 (5)鏡面反射參數(shù)^鏡面反射參數(shù)A的得到方法同漫反射參數(shù)A方法相仿，如圖4-b所示。但首先要考 慮用已知的a求出對應的線性光源反射表中對應的鏡面反射參數(shù)/V為了找到A需要計 算統(tǒng)計樣本求和S，然后查找反射表，找出其中相同a對應的S。(^，最后應用與求解/^ 同樣的方法求得A，如下式= 丄s步驟三GPU實時繪制根據(jù)Ward模型建模結果繪制，將恢復的參數(shù)以紋理形式存儲，在GPU的Fragment shader階段加載紋理數(shù)據(jù)，并對像素顏色值進行實時計算，繪制的實驗結果如圖5-b，圖 5-a為拍攝的被采集物體的真實照片，繪制實驗結果的圖像截屏的下部分逼真的再現(xiàn)了真 實圖像的下部分。
權利要求
1、一種基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特征在于步驟如下(1)基于線性光源的數(shù)據(jù)采集設備對數(shù)據(jù)采集和處理所述的線性光源的數(shù)據(jù)采集設備包括樂高機器人，作為數(shù)據(jù)采集設備的控制系統(tǒng)和自動平移系統(tǒng)；工業(yè)相機，作為圖像數(shù)據(jù)捕獲系統(tǒng)；計算機，作為數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；線性光源，作為數(shù)據(jù)采集設備的光源系統(tǒng)；線性光源發(fā)出線性光照射在被采集的平面物體上，控制系統(tǒng)帶動自動平移系統(tǒng)向前移動，同時工業(yè)相機對被采集的平面進行圖像采集，計算機對采集的圖像數(shù)據(jù)進行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，得到像素值軌跡曲線Imageu，v(x)并存儲，其中x表示當前的圖像數(shù)據(jù)索引，x的范圍為[1，n]，n為圖像個數(shù)，u和v表示當前像素點在圖像中的位置；(2)利用步驟(1)中的線性光源，生成反射表；(3)BRDF屬性建模；根據(jù)步驟(1)得到的像素值軌跡曲線和步驟(2)中生成的反射表，得到Ward光照模型的ρd、然后再得到α，最后得到ρs，其中ρd漫反射參數(shù)，ρs鏡面反射參數(shù)，α為材質(zhì)粗糙系數(shù)。
2、根據(jù)權利要求1所述的基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特征在 于所述步驟(2)中生成反射表的方法為(a) 假設Ward模型中漫反射參數(shù)A^ 1,對于漫反射部分利用線性光源進行光源 線性化積分，繪制出漫反射表D(x);(b) 假設Ward模型中鏡面反射參數(shù)A-l，對于鏡面反射部分利用線性光源進行光 源線性化積分，繪制出鏡面反射表S。(x)，其中a為材質(zhì)粗糙系數(shù)，其取值范圍是0—0.3;(c) 對于每一個當前的圖像數(shù)據(jù)索引X,求數(shù)學期望/i和方差(T;(d) 對步驟(a)和(b)中生成的兩個反射表進行優(yōu)化，優(yōu)化公式如下-0<"'<0.005， a'為優(yōu)化后的材質(zhì)粗糙系數(shù)。
3、 根據(jù)權利要求1所述的基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特征在于所述步驟(3)漫反射參數(shù)^得到如下 ^的值如下式A^^為已知漫反射參數(shù)，",aw為己知漫反射參數(shù)/CWw的反射峰值，Ld為計算機數(shù)據(jù)處理后得到的像素值軌跡曲線的漫反射峰值。
4、 根據(jù)權利要求1所述的基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特征在于所述步驟(3)的材質(zhì)粗糙系數(shù)a的得到方法為當線性光源運行到鏡面反射方向Xm處時， 該點的鏡面反射峰值產(chǎn)生，根據(jù)統(tǒng)計學知識，求出該點鏡面反射軌跡曲線上像素值的數(shù) 學期望/Z和方差CT，以及所有像素值之和S，即根據(jù)如下三式求得" 義rfO" =V~-其中Xm是鏡面反射峰值所在的位置，Xd是漫反射峰值所在位置，Image(x)是采集的第X幅圖像數(shù)據(jù)，取相對于Xm對稱的區(qū)域內(nèi)的像素值，即從Xm-2Xm-Xd到Xd，因為相 機對該區(qū)域的投影變換的影響，不同的像素對應不同的寬度，所以對于所有的值均需要 被縮放，縮放系數(shù)為下式-一 1當?shù)玫竭@些統(tǒng)計樣本數(shù)據(jù)之后，從之前繪制出的線性光源的反射表中，查表得到與 統(tǒng)計樣本計算出的O"相對應的反射表中的O"，又因為線性光源反射表中o"和a是一一對 應的，那么就可以求出a，且唯一。
5、 根據(jù)權利要求1所述的基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法，其特征在于 所述步驟(3)鏡面反射參數(shù)A的公式其中PL^^為己知鏡面漫反射參數(shù)，丄^^^為己知鏡面漫反射參數(shù)P',^^d的反射峰 值，Ls為計算機數(shù)據(jù)處理后得到的像素值軌跡曲線的鏡面反射峰值。
全文摘要
一種基于線性光源的真實物體材質(zhì)反射屬性建模方法(1)基于線性光源的數(shù)據(jù)采集設備對數(shù)據(jù)采集和處理；線性光源，作為數(shù)據(jù)采集設備的光源系統(tǒng)；線性光源發(fā)出線性光照射在被采集的平面物體上，控制系統(tǒng)帶動自動平移系統(tǒng)向前移動，同時工業(yè)相機對被采集的平面進行圖像采集，計算機對采集的圖像數(shù)據(jù)進行后續(xù)數(shù)據(jù)處理，得到像素值軌跡曲線并存儲；(2)生成反射表；(3)BRDF屬性建模，根據(jù)步驟(1)得到的像素值軌跡曲線和步驟(2)中生成的反射表，得到Ward光照模型的ρ_d、然后再得到α，最后得到ρ_s，其中ρ_d漫反射參數(shù)，ρ_s鏡面反射參數(shù)，α為材質(zhì)粗糙系數(shù)。本發(fā)明能夠高效的采集數(shù)據(jù)，快速的求解BRDF模型參數(shù)，且實現(xiàn)簡單。
文檔編號G06T15/50GK101398940SQ200810226219
公開日2009年4月1日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2008年11月7日
發(fā)明者劉瑞軍, 沈旭昆, 越 齊 申請人:北京航空航天大學