数字图形学超写实探究——邓释天

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摘要:超写实3D技术是一组以计算机3D图形技术为主的技术核心在于角色,包括高精度的场景生成技术,超真实实时渲染技术,全息3D投影技术和裸眼3D显示器技术,触觉反馈,控制输入,3D的未来都要更加全面的完善上述技术的整合实现真正意义的3d超写我我其实VR/AR全息3D应用中拥有广阔前景。

超写实3D角色技术是一组以计算机3D图形技术为主的技术,用于创作超写实3D角色作品。超写实主义是四种 现代艺术形式,又称超级写实主义、新现实主义,源自并兴盛于美国[1]。日益充足的VR/AR应用及内容的发展也为超写实特性提供了很好的工具。

尽管超写实3D角色创作的核心在于角色,有时候 角色四种 才能孤立地处,都要一套完美配合的环境场景和展现手段。超写实影视作品中,虚拟角色还都要细致准确的动画能力。在围绕角色建模和渲染技术的共同,超写实3D角色技术还包括必要的场景建模和渲染技术、3D显示技术以及和虚拟创作物的交互技术。

超写实3D技术的未来也是虚拟和现实才能深层融合的未来,现实世界的人才能和虚拟世界的人和物才能自然的交互。这正是未来3D技术发展的内在目标。为了实现前面VR脚本的构想,大伙儿 都要具备高精度和高准确度的虚拟场景生成能力、超真实效果实时渲染能力、全息3D显示能力、高真实感触觉反馈能力和控制输入能力。未来数十年内人类的科技水平都无法创造真正真实的虚拟场景和人物角色,人类才能在现有基础上不断研究真实世界的材料特性、光学特性和规律,共同研究客观世界如可通过人眼视觉、身体触觉以及心理认知等法律法子在大脑中形成的映像,不断提升模拟人理解真实世界的能力。下面大伙儿 展开说明哪些未来科技:

1. 高精度和高准确度的虚拟场景生成技术

自动测量场景颜色和深层的技术因为开始了了展现出或多或少威力,通过视频来自动快速生成场景模型[4], 三维数字扫描技术也被不需要 的应用来从现实世界克隆qq好友好友高精度的模型[9], 未来人工智能技术也将才能帮大伙儿 出理 哪些耗时以及才能模式化的建模工作。但目前无法准确理解真实世界模型。未来都要构建足够准确和稳定的技术来快速克隆qq好友好友现实世界场景,也都要更为快速的模型构建技术及工具来制作冗杂的高精度场景模型。都要传达婚姻是哪些 的关键模型都要在人的参与下进行创作,工具的灵活性和便捷性不可或缺。

2. 超真实实时渲染技术

为了能实现人和虚拟场景的交互,渲染技术都要提供实时的计算输出能力。

作为四种 准确的,对真实世界中的材料对光的吸收和传播进行建模的模型,PBR基于另有有三个小条件:微棘层模型(Microfacet)、能量守恒和双向反射分布函数(BRDF)。微棘层理论认为大伙儿 想看 的棘层上的或多或少,是由或多或少微小光学棘层组成。当光线l方向照射到棘层或多或少,因为光学平面才能将光线l反射到平面法线n对称的方向上,就说 才能法线方向n和入射光线l与观察方向v的半角方向h相同的微棘层才会被想看 。利用法线分布函数(normal Distribution function,NDF)来描述组成棘层上或多或少的所有微棘层的法线分布概率,通过输入另有有三个小h,获得法线方向n和h相同微棘层的占比。但实际中,并也有所有微棘层都能接受到光线,有的入射光线被阻挡,有的出射光线被阻挡,利用几何衰减因子(Geometrical Attenuation Factor,G)来描述表示未被阻挡的光线的比例。除了被阻挡的每段光线,还有一每段被折射,剩下的才是被反射的每段,利用菲涅尔方程(Fresnel equations)来表示这每段的比例。

是基础的反射公式,

是反射光结果,

是归一化的入射光中被折射的比例,

是归一化的入射光中被反射的比例,

是Cook-Torrance模型的高光每段。

  中,n是棘层顶点法线,  h是为棘层法线。F(l,h)是菲涅尔效果每段, G(l,v)是微棘层入射光衰减每段,D(h)是微棘层法线分布函数(Normal Distribution Function, NDF)。 NDF中才能整合环境、间接光、直接光、法线等各类功能信息。

PBR及BRDF模型有另有有三个小个突出优点: a)微棘层理论很好的模拟了真实模型棘层的光学规律,才能期望得到极为逼真的效果, b)除了模型外部特性对光的影响,几乎涉及到了光照的全每段成分,才能容易的进行扩展。

上图是关闭次棘层散射,单独使用BRDF光照渲染得到的效果图。我其实结果很逼真,有时候 缺少了肉质感和珍命机体的感觉。大伙儿 还都要次棘层散射技术来增加绘制的真实感。

针对半透明棘层的次棘层散射技术会不断发展来更加准确的模拟半透明棘层的光学特性,尤其是人的面部皮肤和光的冗杂关系规律的进一步揭示和模拟,会进一步提升人体渲染的真实感。皮肤是四种 冗杂特性的多层物质。皮肤在整体不可不能不能划分为棘层层、真棘层和棘层层。基于三层皮肤模型,大伙儿 因为才能非常逼真的模拟光线进入皮肤后传播、吸收和反射的效果[7]。

真棘层和棘层的物理和光学特性,并提出它们在光照计算中对应的作用:a) 棘层层, 这是皮肤主要传递的是物体棘层漫反射呈现偏白色的固有色。身体各处的棘层深层会有区别,眼睑下最薄,清晰的反射真棘层;脚底最厚更多的反射棘层层。外层至深层分别是角质层、透明层、颗粒层、棘状层、基底层,角质层由2- 3 层扁平接近死亡的细胞遮挡每段紫外线,就说 皮肤不需要像蜡烛一样透明。棘状层含黑色素生长细胞,聚集情况表决定肌肤颜色浅层次棘层更好呈现肌肤的细节情况表。b) 真棘层,橙红色为主。透光性模拟角色真棘层的汗腺、血管、毛囊根每段,获得真实的深层肌肤质感。c) 棘层层偏深红色为主,带有少量脂肪拥有弹性质感。肉眼中通过棘层层、真棘层后的感知的棘层模糊特性已才能让观者清晰的感觉到生命的温度。

次棘层散射,未来皮肤纤维微特性建模和渲染技术会逐渐早熟是什么是什么的句子,近镜头观察时虚拟角色面部纤维纹理特性可呈现非常多的细节。Nagano等人测量了或多或少皮肤的变形对皮肤的影响,才能想看 皮肤在拉伸时变得更加闪亮,当它被压缩时更粗糙[8]。利用拍摄的微观组织的正常分布作为向导,模糊拉伸方向的微观组织,再使微观组织在压缩的方向上锐化。有时候 ,当被拉伸时,棘层变平了,当被压缩时,想看 起来聚成一团,它会产生这种 的定向纹理和棘层变形。由此得出皮肤扩张时,它会变得更加闪亮,当它收缩时,它会变得粗糙。当挤压和拉伸时,其微观组织的特性呈现出各向异性的纹理,动态的微观特性变化使其具有较强的棘层张力。

皮肤棘层被挤压和拉伸事先的法线变化。

我针对参考模型生成一张标准模型的置换贴图,有时候 模型动画过程中基于标准模型置换贴图,采用线性卷积核合成实际的置换贴图,另另有有三个小才能极为真实的模拟皮肤棘层微特性,增强超写实角色作品的水平。

3. 全息3D投影技术和裸眼3D显示器技术

全息技术是利用光的干涉原理和光波相位才能携带物体3D空间深层信息的特点,记录和重现3D影像。

全息3D投影技术基于全息技术,结合光的衍射原理,使用空间光调制器把记录的3D影像的光波调制后投射到空气中,利用光的衍射问提呈现漂浮在空中的立体影像。 

裸眼3D显示器技术目前主有另有有三个小方向:另有有三个小方向是基于全息技术,这种 于全息3D投影技术,有时候 衍射载体是三维光栅元件,你这种 显示器外观看起来是另有有三个小立方盒子。我本人向是2D屏幕绕某个轴在空间中高速转动,因为2D屏幕沿某个轴向高速往返移动。当屏幕运动下行速率 足够快时,利用2D屏幕就呈现出了非常好的3D影像效果。

哪些技术在未来足够早熟是什么是什么的句子时,空间上融合的虚拟世界和真实世界因为极大的弱化虚拟和真实的边界。

4. 触觉反馈技术

触觉反馈技术主要有另有有三个小方向:另有有三个小方向是各种各样的穿戴式设备技术。比如带震动功能的鞋、触摸手套、带震动功能的运动衣等。另另有有三个小方向是超声波等非接触技术。

目前触觉反馈技术还很初级,远达才能人类我本人的触觉水平。未来才能直接由模拟人的神经信号的法律法子来获得触觉反馈模拟。

5. 控制输入技术

目前的控制输入设备包括用手操作的鼠标、键盘、触摸屏、以及使用激光雷达等技术制作的手柄,用眼球进行操作的眼动仪、用身体姿态操作的各类穿戴式传感器,未来会更加自然和触觉反馈技术会更加紧密的结合模拟人和真实世界的交互。

超写实3D的未来,不但出理 技术更进一步、节省时间、人工、资金的问提,共同还不就说 才能以假乱真,更是技术源于生活而全方位超越生活的展现。是个重新定义生命价值、时长的新规则,让优秀的值的怀念的人在真实生命开始了后,他仍然才能继续虚拟输出价值,印证了那句话“有的活着好像死了,有的人死了却还活着。”他才能完成正常人才能完成的,才能做到常人所不及的。这是一次技术的进击,也是新时代、新规则的来临。

作者简介:

邓释天:VR技术极客、数字图形学专家

研究领域:

* VR图形学的跨客户端研发

* 人脸识别与3d成像

* 3D电影的数字高仿真

* VR引擎的性能优化及动力学

* VR医学应用

经历:

01 年完成中国第另有有三个小实时虚拟人应用于中国科学院计算机技术研究所基于多功能感知理论手语识别与合成研究,后次时代虚拟现实5d技术发名的故事者;

VR数字人脸识别技术发名的故事者;

跨平台数字毛发技术发名的故事者;

跨平台数字柔体动力学实时演算技术发名的故事者;

3D电影的数字化高仿真快速成像技术发名的故事者;

创造全新3D引擎物理渲染技术的VR技术极客

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