本發(fā)明涉及一種便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)和方法，屬于圖形圖像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，利用單幅圖像獲取材質(zhì)外觀屬性并生成材質(zhì)貼圖技術(shù)，取得了一些進展，例如，在工業(yè)界技術(shù)人員利用CrazyBump計算Normal圖；在研究領(lǐng)域，微軟亞洲研究院開發(fā)出了一款交互式材質(zhì)獲取系統(tǒng)AppGen。但是相關(guān)系統(tǒng)均假設(shè)輸入的單幅圖像沒有明顯的高光，限制了此類方法的應(yīng)用。另一方面，利用此類方法恢復(fù)的材質(zhì)貼圖，很難制作出類似于真實光照條件下的渲染效果。

YUV是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法，是PAL和SECAM模擬彩色電視制式采用的顏色空間。在現(xiàn)代彩色電視系統(tǒng)中，通常采用三管彩色攝影機或彩色CCD攝影機進行取像，然后把取得的彩色圖像信號經(jīng)分色、分別放大校正后得到RGB，再經(jīng)過矩陣變換電路得到亮度信號Y和兩個色差信號B－Y(即U)、R－Y(即V)，最后發(fā)送端將亮度和色差三個信號分別進行編碼，用同一信道發(fā)送出去。這種色彩的表示方法就是所謂的YUV色彩空間表示。YUV的亮度信號Y和色度信號U、V是分離的。如果只有Y信號分量而沒有U、V分量，那么這樣表示的圖像就是黑白灰度圖像。彩色電視采用YUV空間正是為了用亮度信號Y解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題，使黑白電視機也能接收彩色電視信號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案公開了一種便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)方法，圖像數(shù)據(jù)通過手機、單反相機等設(shè)備拍攝帶閃光和無閃光照片獲得。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：采集模塊，用于使用便攜設(shè)備采集無閃光材質(zhì)圖像，還用于利用便攜設(shè)備采集帶閃光材質(zhì)圖像；高光分離模塊，用于將所述采集模塊采集的無閃光原始RGB顏色空間圖像轉(zhuǎn)化成YUV顏色空間圖像，并基于用戶輸入的分離參數(shù)以及YUV顏色空間圖像的原始明暗圖計算得到新的明暗圖，進一步將YUV圖像分離得到鏡像反射圖和漫反射圖；法向圖模塊，根據(jù)高光分離模塊得到新明暗圖的像素差，在切空間創(chuàng)建第一切向量和第二切向量，進一步，根據(jù)第一切向量和第二切向量計算法向圖初始值；漫反射模塊，用于獲取所述高光分離得到的漫反射圖，計算漫反射系數(shù)圖初始值；高光指數(shù)模塊，用于獲取所述高光分離模塊得到新明暗圖，進一步，基于用戶輸入的高光系數(shù)計算高光指數(shù)圖的初始值；鏡像反射模塊，用于獲取所述高光分離得到的鏡像反射圖，進一步計算鏡像反射系數(shù)圖的初始值；參數(shù)優(yōu)化模塊，用于獲取根據(jù)所述法向圖模塊、漫反射模塊、高光指數(shù)模塊和鏡像反射模塊得到的初始化參數(shù)，還獲取所述采集模塊的帶閃光材質(zhì)圖像，使用非線性優(yōu)化技術(shù)計算材質(zhì)貼圖參數(shù)并生成材質(zhì)貼圖。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的高光分離模塊還包括：轉(zhuǎn)換子模塊，用于將采集的無閃光材質(zhì)圖像的原始RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間的材質(zhì)圖像，原始明暗圖Y1、以及原始顏色圖U及飽和度V；分離子模塊，用于根據(jù)用戶自定義設(shè)置的分離參數(shù)p，其中新明暗圖Y2為Y2＝Y(jié)1*p，進一步，基于新明暗圖Y2、原始顏色圖U及飽和度V組合為新RGB圖像，并將新RGB圖像作為漫反射圖，鏡像反射圖像與漫反射圖的和為原始RGB圖像。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的法向圖模塊還包括：用于獲取所述新明暗圖Y2的像素差，進一步，對于任意像素點(i,j)的值D(i,j)，在S和T方向的切向量分別為S(i,j)＝(1,0,D(i+1,j)-D(i-1,j),)，T(i,j)＝(0,1,D(i,j+1)-D(i,j-1),)，則第一切向量S與第二切向量T的積為法向圖初始值。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的漫反射模塊還包括：用于對漫反射初始值進行計算，其中，漫反射系數(shù)圖＝漫反射圖/NdotL，NdotL為像素法向量與光照向量的內(nèi)積。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的高光指數(shù)模塊還包括：用于根據(jù)用戶自定義輸入的高光參數(shù)，對高光指數(shù)圖的初始值進行計算，其計算方式為，高光指數(shù)圖＝新的明暗圖Y2*高光參數(shù)。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的鏡像反射模塊還包括：用于計算鏡面反射系數(shù)圖的初始值，其計算方式為，鏡面反射系數(shù)圖＝鏡面反射圖/pow(NdotH,g(x))/NdotL，其中H表示光照、視線中間分量，NdotH為像素法向量與H的內(nèi)積，g(x)表示任意像素點x的高光指數(shù)。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，所述的參數(shù)優(yōu)化模塊還包括：聚類子模塊，用于對參數(shù)初始化的無閃光圖像的所有像素點進行N聚類，N表示聚類個數(shù)；采集參數(shù)子模塊，用于獲取便攜設(shè)備的FOV參數(shù)，初始化帶閃光圖像每個像素點的光照Lj、視線Vj參數(shù)；像素處理子模塊，用于對所述帶閃光圖像的每個像素類別Ci進行處理。

根據(jù)所述的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)，在一個優(yōu)選的實施方案中，所述的像素處理子模塊對每個像素類別Ci處理，包括：像素選取子模塊，用于獲取當前像素類別中的任意一個像素點P的值；讀取初始參數(shù)子模塊，用于獲取與像素點P對應(yīng)的無閃光材質(zhì)圖像像素點的初始化參數(shù)；讀取采集參數(shù)子模塊，用于讀取當前像素類別Ci的每一個像素點Pj的RGB值、光照Lj、視線Vj；非線性優(yōu)化子模塊，用于分別調(diào)取所述像素選取子模塊、讀取初始參數(shù)子模塊、讀取采集參數(shù)子模塊獲取的數(shù)據(jù)，使用非線性優(yōu)化計算像素點P的參數(shù)，并存儲作為當前像素類別Ci對應(yīng)的貼圖參數(shù)基；貼圖參數(shù)子模塊，用于一一計算當前像素類別Ci的剩余像素點與像素點P的比值，作為剩余像素點的權(quán)重系數(shù)，進一步，根據(jù)當前像素類別Ci的貼圖參數(shù)基，計算剩余像素點的貼圖參數(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種交互材質(zhì)獲取方法，其特征在于，該方法包括：使用便攜設(shè)備采集無閃光材質(zhì)圖像，還用于利用便攜設(shè)備采集帶閃光材質(zhì)圖像；將所述采集模塊采集的無閃光原始RGB顏色空間圖像轉(zhuǎn)化成YUV顏色空間圖像，并基于用戶輸入的分離參數(shù)以及YUV顏色空間圖像的原始明暗圖計算得到新的明暗圖，進一步將YUV圖像分離得到鏡像反射圖和漫反射圖；根據(jù)高光分離模塊得到新明暗圖的像素差，在切空間創(chuàng)建第一切向量和第二切向量，進一步，根據(jù)第一切向量和第二切向量計算法向圖初始值；獲取所述高光分離得到的漫反射圖，計算漫反射系數(shù)圖初始值；獲取所述高光分離模塊得到新明暗圖，進一步，基于用戶輸入的高光系數(shù)計算高光指數(shù)圖的初始值；獲取所述高光分離得到的鏡像反射圖，進一步計算鏡像反射系數(shù)圖的初始值；獲取根據(jù)所述法向圖模塊、漫反射模塊、高光指數(shù)模塊和鏡像反射模塊得到的初始化參數(shù)，還獲取所述采集模塊的帶閃光材質(zhì)圖像，使用非線性優(yōu)化技術(shù)計算材質(zhì)貼圖參數(shù)并生成材質(zhì)貼圖。

進一步，該方法還包括：將采集的無閃光材質(zhì)圖像的原始RGB顏色空間轉(zhuǎn)換為YUV顏色空間的材質(zhì)圖像，原始明暗圖Y1、以及原始顏色圖U及飽和度V；根據(jù)用戶自定義設(shè)置的分離參數(shù)p，其中新明暗圖Y2為Y2＝Y(jié)1*p，進一步，基于新明暗圖Y2、原始顏色圖U及飽和度V組合為新RGB圖像，并將新RGB圖像作為漫反射圖，鏡像反射圖像與漫反射圖的和為原始RGB圖像。

進一步，該方法還包括：獲取所述新明暗圖Y2的像素差，進一步，對于任意像素點(i,j)的值D(i,j)，在S和T方向的切向量分別為S(i,j)＝(1,0,D(i+1,j)-D(i-1,j),)，T(i,j)＝(0,1,D(i,j+1)-D(i,j-1),)，則第一切向量S與第二切向量T的積為法向圖初始值。

進一步，該方法還包括：對漫反射初始值進行計算，其中，漫反射系數(shù)圖＝漫反射圖/NdotL，NdotL為像素法向量與光照向量的內(nèi)積。

進一步，該方法還包括：根據(jù)用戶自定義輸入的高光參數(shù)，對高光指數(shù)圖的初始值進行計算，其計算方式為，高光指數(shù)圖＝新的明暗圖Y2*高光參數(shù)。

進一步，該方法還包括：計算鏡面反射系數(shù)圖的初始值，其計算方式為，鏡面反射系數(shù)圖＝鏡面反射圖/pow(NdotH,g(x))/NdotL，其中H表示光照、視線中間分量，NdotH為像素法向量與H的內(nèi)積，g(x)表示任意像素點x的高光指數(shù)。

進一步，該方法還包括：對參數(shù)初始化的無閃光圖像的所有像素點進行N聚類，N表示聚類個數(shù)；獲取便攜設(shè)備的FOV參數(shù)，初始化帶閃光圖像每個像素點的光照Lj、視線Vj參數(shù)；對所述帶閃光圖像的每個像素類別Ci進行處理。

進一步，該方法還對沒個Ci進行計算，包括：獲取當前像素類別中的任意一個像素點P的值；獲取與像素點P對應(yīng)的無閃光材質(zhì)圖像像素點的初始化參數(shù)；讀取當前像素類別Ci的每一個像素點Pj的RGB值、光照Lj、視線Vj；分別調(diào)取所述像素選取子模塊、讀取初始參數(shù)子模塊、讀取采集參數(shù)子模塊獲取的數(shù)據(jù)，使用非線性優(yōu)化計算像素點P的參數(shù)，并存儲 作為當前像素類別Ci對應(yīng)的貼圖參數(shù)基；一一計算當前像素類別Ci的剩余像素點與像素點P的比值，作為剩余像素點的權(quán)重系數(shù)，進一步，根據(jù)當前像素類別Ci的貼圖參數(shù)基，計算剩余像素點的貼圖參數(shù)。的權(quán)重系數(shù)，進一步，根據(jù)當前像素類別Ci的貼圖參數(shù)基，計算剩余像素點的貼圖參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的材質(zhì)外觀獲取系統(tǒng)利用手機、單反相機等便攜設(shè)備采集帶閃光、無閃光兩張圖像，交互式生成更為真實的材質(zhì)貼圖，從而解決目前游戲制作、影視動畫等領(lǐng)域材質(zhì)制作周期長、成本高、精度低等問題。

附圖說明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的系統(tǒng)框圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的詳細流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的便攜設(shè)備的交互材質(zhì)獲取系統(tǒng)和方法適用于圖形圖像處理。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的系統(tǒng)模塊圖與流程圖。其中才采集模塊用于實現(xiàn)圖像源數(shù)據(jù)采集，其中的高光分離模塊、法向圖模塊、漫反射模塊、鏡像反射模塊用于根據(jù)無閃光圖像初始化材質(zhì)貼圖參數(shù)，其中的參數(shù)模塊用于對閃光材質(zhì)圖像處理。該采集模塊，用于采集第一便攜設(shè)備的閃光材質(zhì)圖像，還用于采集第二便攜設(shè)備的非閃光材質(zhì)圖像；高光分離模塊，用于基于用戶輸入的分離參數(shù)將所述采集模塊采集的非閃光原始RGB顏色空間圖像轉(zhuǎn)化成YUV顏色空間圖像，并對轉(zhuǎn)化YUV圖像二次轉(zhuǎn)化為新的RGB圖像并進行分離得到鏡像反射圖和漫反射圖，其中YUV顏色空間包括原始明暗圖、原始顏色圖及飽和度；法向圖模塊，用于獲取YUV顏色空間圖像的新明暗圖，根據(jù)新明暗圖的像素差在切空間創(chuàng)建第一切向量和第二切向量，進一步，根據(jù)第一切向量和第二切向量計算法向圖初始值；漫反射模塊，用于獲取所述高光分離得到的漫反射圖，計算漫反射系數(shù)圖初始值；高光指數(shù)模塊，用于獲取所述高光分離模塊得到新明暗圖，進一步，基于用戶輸入的高光系數(shù)計算高光指數(shù)圖的初始值；鏡像反射模塊，用于獲取所述高光分離得到的鏡像反射圖，進一步計算鏡像反射系數(shù)圖的初始值，根據(jù)所述高光分離模塊、法向圖模塊、漫反射模塊和高光指數(shù)模塊得到最終非閃光材質(zhì)圖像；參數(shù)模塊，用于根據(jù)所述高光分離模塊、法向圖模塊、漫反射模塊和高光指數(shù)模塊得到最終非閃光材質(zhì)圖像的初始化參數(shù)，還獲取所述采集模塊的閃光材質(zhì)圖像，使用非線性優(yōu)化技術(shù)計算材質(zhì)貼圖參數(shù)，進一步，得到材質(zhì)圖像外觀屬性并生成材質(zhì)貼圖。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的詳細流程圖。其具體實施步驟包括S201～

S201,數(shù)據(jù)采集，通過手機、單反相機等設(shè)備拍攝帶閃光和無閃光兩張材質(zhì)圖像。

S202，高光分離，本發(fā)明的技術(shù)方案利用YUV顏色空間的明暗值Y將原始RGB圖像分離成漫反射圖、鏡面反射圖兩部分。

其具體實施如下(1)～(5)所示，包括：

(1)根據(jù)原始RGB圖像計算原始明暗圖Y、以及原始顏色圖U、V；

(2)用戶交互輸入分離參數(shù)(一般為0.6～0.8)；

(3)新的明暗圖Y2＝原始明暗圖Y*分離參數(shù)；

(4)根據(jù)新的明暗圖Y2以及原始顏色圖U、V生成新的RGB圖像，作為漫反射圖；

(5)鏡面反射圖＝原始RGB圖像-漫反射圖。

S203，法向圖初始化，基本思想是根據(jù)新的明暗圖Y2的像素值差，在切空間構(gòu)造S向量和T向量，由S×T得到N_D。具體如下：

根據(jù)象素點(i,j)的值D(i,j)，在S和T方向的切向量為，

S(i,j)＝(1,0,D(i+1,j)-D(i-1,j),)，

T(i,j)＝(0,1,D(i,j+1)-D(i,j-1),)。

因此，根據(jù)N_D(i,j)＝S(i,j)×T(i,j)可計算法向圖。

S204，漫反射系數(shù)圖初始化，漫反射系數(shù)＝漫反射圖/NdotL。其中，NdotL為像素法向量與光照向量的內(nèi)積。在本階段假設(shè)光照垂直于材質(zhì)表面，即L(0,0,1)。

S205，高光指數(shù)圖初始化，用戶交互式輸入高光參數(shù)(一般為0.1～0.5)，高光指數(shù)圖＝新的明暗圖Y2*高光參數(shù)。

S206，鏡面反射系數(shù)圖初始化，鏡面反射系數(shù)圖＝鏡面反射圖/pow(NdotH,g(x))/NdotL。NdotL：為像素法向量與光照向量的內(nèi)積；NdotH：為像素法向量與H(光照、視線中間分量)的內(nèi)積；g(x)：任意像素點x高光指數(shù)；pow(NdotH,g(x))：NdotH的g(x)次方。

S207，根據(jù)帶閃光圖像，利用非線性優(yōu)化技術(shù)計算材質(zhì)貼圖參數(shù)，包括如下(1)～(3)：

(1)對無閃光圖像的所有像素點進行聚類(N為聚類個數(shù))。

(2)根據(jù)相機的FOV參數(shù)，初始化帶閃光圖像每個像素點的光照Lj、視線Vj參數(shù)。

(3)按照以下步驟依次處理每一類像素Ci。

對于步驟(3)，其還包括(A)～(E)6個子模塊：

(A)從當前類別Ci隨機選擇一個像素點P；

(B)讀取像素點P對應(yīng)的材質(zhì)貼圖參數(shù)(在步驟S202～S206根據(jù)無閃光圖像初始化得到)；

(C)讀取當前類別Ci的每一個像素點Pj的RGB值、光照Lj、視線Vj；

(D)將(B)和(C)的值分別作為像素點P的材質(zhì)貼圖參數(shù)初始值和已知輸入數(shù)據(jù)，利用非線性優(yōu)化技術(shù)，重新計算像素點P的貼圖參數(shù)，并作為當前類別的的貼圖參數(shù)基。

(E)依次計算當前類別Ci其他像素點與像素點P的比值，作為其他像素點的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)當前類別的貼圖參數(shù)基，計算其他像素點的貼圖參數(shù)。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)其 技術(shù)方案和/或?qū)嵤┓绞娇梢杂懈鞣N不同的修改和變化。