1006大設計翻譯版-以白帆

數據進行預處理最后Maya平臺上，使用最后Maya平臺上，使用語言編寫插件。實現可根Ⅳ、主要參考資DEBEVECP.RENDERINGSYNTHETICOBJECTSINTOREALSCENES:BRIDGINGTRADITIONALANDIMAGE-BASEDGRAPHICSWITHGLOBALILLUMINATIONANDHIGHDYNAMICRANGEPHOTOGRAPHY[C]//ACMSIGGRAPH2008CLASSES.ACM,2008:32.UNGERJ,WENGERA,HAWKINST,ETAL.CAPTURINGANDRENDERINGWITHINCIDENTLIGHTFIELDS[C]//PROCEEDINGSOFTHE14THEUROGRAPHICSWORKSHOPONRENDERING.EUROGRAPHICSASSOCIATION,2003:141-149.L?WJ,YNNERMANA,LARSSONP,ETAL.HDRLIGHTPROBESEQUENCERESAMPLINGFORREALTIMEINCIDENTLIGHTFIELDRENDERING[C]//PROCEEDINGSOFTHE25THSPRINGCONFERENCEONCOMPUTERGRAPHICS.ACM,2009:43-50.UNGERJ,GUSTAVSONS,LARSSONP,ETAL.FREEDesignandImplementationofA4DLightFieldBasedAuthor:BAIFanTutor:ZHOUImagebasedlightingtechnologyplaysakeyroleofrealisticlightrendering.Withthefastdevelopmentof3Dmoviesandspecialeffectsinmovie,peoplepaymoreandmoreattentiontorealisticlightrendering.Basedontheresearchaboutimagebasedlightingtechnologyofourstatement,thispaperdiscussestherepresentationofincidentlightfield,theprocessoflightinformationandhowtorepresentlightfieldinformationrequiredfromrealisticscenewithThispaperdesignsandcreateapluginwhichcanbeusedinmentalrayrenderingengineandisbasedon4Dlightfield.Thispluginisabletohelpnormalworkeronfilmindustrytousetherealisticlightrendering.Themaincontributionsofthispaperareasfollows:Processingilluminationinformationofrealisticscene.Inthispart,weysetheilluminationinformationcapturedfromrealisticscene,designdatastructureoftheinformation,andwriteprogramstoprocessthisinformation.Buildinguptherepresentationofilluminationinformationbasedon4Dlightfield.Inthispart,wediscussusingananisotropicpointlightarraytorepresenttheilluminationinformationofrealisticscene.Inthisway,wecannotonlyrepresentthecomplexityofrealisticilluminationandalsocarryoutthemwithMaya.Forthisgoal,theilluminationinformationwillbeconvertedtoiesfiles.CarryingoutthepluginwithMELinMaya.Usingdatarequiredfromstep2,wewritethepluginwithMELandmakesurethatitcanautomaticallycreateallanisotropicpointlightsinMaya.Basedontheabovework,wedesignandimplementsomeexperimentstoverifythetheoriesabove.Wecaptureincidentlightfielddata,reconstructthisdatawithiesfiles,thenbuildtheincidentlightfieldrepresentationtorendersyntheticobjectswiththepluginwewrite.Experimentalresultsshowallpartsofoursystemworkwell,andtheplugindosecanrepresenttherealisticincidentilluminationinformationinvirtualscenes.：imagebasedlight,mentalray,4Dlightfield,rendering 緒 引 研究綜 基于圖像的光 入射光場獲取與表示簡 常用商業(yè)渲染引擎介 存在的問 工 研究背 研究目標與內 組 相關技術背 全光函 光照渲染引 2.2.1級3D渲染引擎Mental Mentalray渲染流 photomatricshader與ies文 photomatric ies文 小 數據來源與獲取方 入射光場獲 入射光場表 小 入射光場的mentalray渲染插件設計與實 入射光場表示結構設計與實 入射光場表示結構設 光源出射場數據結構設計與光線信息預處理實 光場信息轉換ies文件實 光源數據結構設 光源信息轉 ies文件輸 Maya插件實 小 實驗與結果分 實驗環(huán) 實驗環(huán)境與實驗工 數據獲取裝 功能測 光測圖獲 提取光測圖光場信 光場信息預處 光場信息轉化為ies文 使用Maya插件進行加載渲 性能測 Maya插件的加載性能測 各部分程序運行性能統(tǒng) 小 總結與展 工作總 工作展 致 參考文 緒但是，還原最真實世界的也帶給研究者們很大的和機遇。一種解決方式體的真實感渲染。基于圖像的光照過程如圖1.1所示。虛擬物 輻射度 渲染效幾何模型+材質屬圖 1.1中首先對虛擬物體進行建模并賦予材質屬性，然后捕獲真實場景中指定位對真實場景中空間變化的光照環(huán)境往往不實感光照效果。而且在不同角度的渲的方法，如圖1.2所示。1.22008年，IvoIhrke等人提出了一種巧妙且廉價的方式來獲取入射光場和渲染的方法。他們采用一塊平面鏡和具有高動態(tài)范圍的機來獲取環(huán)境光照信息。針對這種RenderManRenderMan規(guī)范的渲染器都稱為RenderMan兼容渲染器。目前比較著名的是3delight和Pixar公司的PhotorealisticRenderMan。使用它渲染的影片有《長江7號》《X戰(zhàn)警前傳：狼》MentalMentalRayMentalImage公司的產品。作為業(yè)界公認的唯一可以和RenderMan相抗衡的級渲染器，它可以生成令人難以置信的高質量真實感圖象。它在領域得到了廣泛的應用和認可，被認為是市場上的三維渲染解決當把獲取到的轉化成光場信息后，怎么處理這些光線信息用于在渲染引擎中表現是一個重要的問題。根據課題組已有的工作基礎，光場信息為一條條光線基于圖像的光照技術已經在各大常用商業(yè)渲染引擎里面成功實現并且應用于實現展開研究。首先，通過設備獲得不同度的全景圖像。然后通過處理Maya中加載設計實現的插件，將光源信息與裝置”項目中的“面向自然現象感知應用示范”課題（2012AA011803對課題組已經將光場部分工作完成的情況，接著后續(xù)來進行將光照信息處理并加研究目標為，設計實現一個基于光場表示結構的mentalray渲染引擎的在Maya上使用的插件。其將到的180度全景光測圖經過處理轉化之后的光場信息重投影到虛擬平面，建立光場表示結構，并對虛擬物體進行渲染。主要目的為基于真實采樣得到的光場數據，實現可加載到主流影視制作軟件Maya渲染插件。通過搭建好的真實場景入射光場工具數據后，將收集的圖像經過處理得式。然后將預處理的光場信息進行加工、轉化生成ies文件。生成ies文件后，首先要通過Maya來生成相對數量的點光源，然后通過篩選出來的光線位置信息進行移動，生成一定數量的點光源陣列，生成點光源陣列后，將每個光源與各自的mib_photomatricshader結點相連，然后再將ies文件與shader結點相連。這樣就可以實現基于光場的渲染光源。最后再對所需要的虛擬場景和物體進行渲染即可。因此，如何預處理入射光場信如何將光場信息轉化為對應的ies文件如何編寫Maya腳課題的研究目標和研究內容的關系如圖1.3。1.4圖1.4結構示意環(huán)境中表現所獲取的光場信息所涉及的相關技術。包括MentalRay的渲染流程，photomatricshader的介紹，ies文件內容的介紹等內容。對獲取到的入射光場信息進行預處理。設計實現將預處理后的光場信息處理為ies文并實現與ies文件集的一一對應。從而實現對虛擬物體的光照渲染。ies文件集，使用Maya插件進行自動加載等功能進行實驗，并對結果進行分析。相關技術背ies文件相關知識，為下文實現畢設內容做一鋪tV處的全光函p7p(Vx,Vy,Vz, 可以看出，這種全光函數對光照信息進行了描述，函數可以描述理想情況下的任意光線信息。但對于這樣一個函數，無論從設備還是數據量上面都是很難處理的，所以在實際研究工作中通常會簡化使用。即考慮靜態(tài)場景中，光線沿直線p5p(Vx,Vy,Vz, p4p(u,v,s, p4p(u,v, 圖2.1光場示意AutodeskMayaAutodesk公司開發(fā)的世界三維動畫軟件，主要用于專業(yè)的影視，角色動畫，特技等。Maya是一款功能完善，作效率極高，渲染真實感極強，級別的高端制作軟件。MentalrayPixerRenderman被公認為是世界頂級的級渲染工具，其雄厚、廣泛的技術支持是其他渲染引擎所不能比擬的。MentalrayMaya5.0Maya的內置渲染器。其要作用是把三然而Maya中，即使mentalray的特殊功能，也可以用它來代Maya的Maya默認的渲染器有明顯的提高。并且在執(zhí)行置換貼圖和運動模糊時的運算速度Mentalray場景預處理。場景文件并將其轉換成為易于渲染的數據結構。標記出mentalray類型的材質都由“Shader”EnvironmntLight輸出。啟動OutputShader，對渲染之后的圖像進行后期處理，然后輸出圖photomatricshaderiesphotomatricshader就可以實現強度的各向異性。photomatricMentalRayphotomatricshadermib_light_photomatricshader，lightshadershadershadermentalray點光源的一個mentalray點光源的功能外，還可以將真實世界中的照明數據引Mayaies2.2所mib_light_photomatricColor、Factor等基本屬性之外，還擁有Profile（配置）屬性。Profile是一種記錄照明能量分布情況的數字化三維效果。這些燈光信息的文件可以從互聯(lián)網上，也可以使用某些軟件自己制作。Profile屬性即用來連接外部的燈光數據文件。這個屬性會自動連接一個mentalrayLightProfile點節(jié)mentalrayLightProfile節(jié)點可以選擇兩種照明信息文件格式，分別是IES和EulumdatiesIES本意為IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica，代表照明工。而在本文中，這里的ies指的是由照明定制施行的，現為許多地區(qū)默常被稱為“ies文件”。光度學數據ies文件為ASCII文件。文件中每一行的長度不得多于132個[TEST]測試報告數據的數量。[MANUFAC]光源的制造商1如果使用絕對測光法并且強度值不依賴于不同的燈等級，則在測試或-1中使用文件中所有坎得拉值的倍增因子。這樣，當設備以異常單位進量時，可能容易縮放文件中的所有坎得拉值—例如，當使用測角圖表上的標尺從框獲取光度學數值時。通常倍增因子為1。11表示英尺，2發(fā)光開口的寬度、長度和高度。此時，Lightscape將忽略這些尺寸，由于可以將Lightscape支持的任何一個光源幾何體實體相關聯(lián)。通常它指定為000。1.01.0一個角度必須分別為90°和180°。否則，它們必須分別為0°和180°。0°。最后一個角度確定強度分180180°并且小于或等于360°，則該分布展示無橫向對稱。所有其他值無效。新行開始。根據以前指定的說明，在值間按需段開較長的行。不同方向發(fā)出強度不同的光線。如圖2.3所示。圖中C0/180指的是水平角度為0°和180°兩個平面組成的剖面。圖中紅色弧線即mentalray介紹以及mentalraymentalraymib_light_photomatricshader來實現巧妙解釋第四章實現部分為何要制作ies文件。數據來源與獲取方進行入射光場獲取。設備如圖3.1所示。本課題組已經研究出了一套采用LadyBug相機（它由6個鏡頭組成可360°高清晰光測圖）和平移臺在一個平面上不同位置分別一系列時間不同的光測圖，合成得到空間和方向性更為真實的高動態(tài)光測圖。實景圖見圖2.3左，圖3.2策略（左）與結果（右）示意由圖3.2可以看出，場景為在一個二維平面上，通過自動云臺的移動，使用全景相機進行拍攝。這樣，經過空間位置不同可以得到具有更好空間性質基于2.1節(jié)這種光場模式，我們已將到的光場進行了處理。將光設置的場景表面，將場景表面收集到的信息再用光場機構表示，即完成了建模過程。如圖3.3所示：圖3.3光場建模過程（重投影）示意高度固定。得到的z為常數，每一條光線的z都是統(tǒng)一的值。而對于表示方向的(l,m,n)是一個單位方向矢量。ColorRGB0-255。本次畢本章介紹了本已有的入射光場的獲取與表示相關技術信息，闡述了本次畢設所使用的一些基本光場理論。并展示了基于這些理論已有的工作基礎。還介平移云臺進行空間上的。入射光場mentalray渲染插件設計與實ies文件的編碼過程。并闡述使用Maya語言MEL來編寫能實現各向異性點光源陣列模擬重現的插件在一個平面上獲取的光場信息是數百萬條光線信息。由于將這種光場信息通過一4.1采樣點。紅色光線表示由采樣點進行反投影到平面上的光線。A點即是我們需要4.2如上圖所示球面上的紫色線圍成的區(qū)域就相當于平面上的小方塊，所前面已經提到，本次畢設的輸入數據是之后的數百萬條光線信息。每一現有的輸入數據結構如圖4.3所示。4.3由于所有的光線來自于很多張不同的采樣中，所以，所有的光線信息在這個原有輸出文件中都是亂序的。意思就是，并不是所有在一個區(qū)域的光線都在文件中相鄰。所以針對原有輸出結果的預處理程序就是要將所有在區(qū)域，或者說在同typedefstructstructnode*next;}Lnode,儲光線的顏色信息(Color)。node*next指向下一條光線的指針。這樣我們就可以根據目前實驗要求，平面分為10*10,100個小方格。坐標從-5到5。如圖4.4所示。圖4.4平面劃分方如上圖所示，每一個小方格是一塊區(qū)域，中間的小黑點為光線平移的點，也preprocess將會遍歷搜索所有光線結點，找出每一個區(qū)點的位置。輸出結果如圖4.5。表示光源位置；Direction、Color二者循環(huán)組合，表示該光源區(qū)域內所發(fā)出的所有光線信息。上圖為縮略截圖（為展示方便，真實情況為每個光源有5000-10000不等的光線數量。詳情見程序文件preprocess文件夾。通過preprocess預處理程序，我們可以將到的所有光線信息進行整合，并且主體流程圖如圖4.6所示。RGB顏色信息組成?？紤]到光線的方向矢量以及顏色信息都需要進行轉化。為了方便查找和，本次畢設設計了如下數據結構來光線信息。typedefstructintisP;//1doublestructnode*right,*down,}Lnode,isP用來表示是不是當前結點是不是光源位置結點。unit3[3]用來原始信息，比如是位置結點就原有的(x,y,z)位置點信息，如果是光線方向信息就方向矢量(l,m,n)，如果是顏色就(R,G,B)信息。unit2[2]用來轉換后的信息，即轉換后的水平角度、垂直角度(θ,φ)，以及顏色信息轉換后的光照強度。right指針是用來連接color指針用來連接光線結點與對應的顏色結點。通過數據后，該程序能形成一個如圖4.7所示的數據結構圖。4.7條光線的方向與顏色信息對應連接，也不會出現光線信息出錯的情況。而且這樣arctanY/ arccos Y''=0.299*R''+0.587*G''+0.114*B'' U''=-0.147*R''-0.289*G''+0.436*B''=0.492*(B''- V''=0.615*R''-0.515*G''-0.100*B''=0.877*(R''- 接使用。因為通過反三角函數計算出來的為弧度值，而ies文件中需要的是角度值。090°，所以可以直接使首先需要確定的是怎樣輸出光場信息。由于后期需要在Maya中實現使用寫插件來實現光場環(huán)境的恢復。所以，經過設計后，確定輸出的內容為：1.所有創(chuàng)建的光源移動到相應位置，ies文件用來連接光源結點產生需要的光線。面就需要討論如何對應輸出每個光源的ies文件。ies文件有固定的格式以及內容規(guī)定。除了固定的內容外，需要程序輸出的需要輸出的光線強度值：n(ax),n(ay),n(az),陰影，所以即使采樣沒有到的區(qū)域也需要發(fā)出光線，只不過給予1這個遠遠小于ies樣中光線，導致角度比較集中，間距很小且數量特別多，導致輸出文件將會特別大而且空值（即強度值為1）的較多。所以，經過仔細研究，考慮到ies文件可以自動插值缺省角度以及考慮到光線的角度性質，本次畢設將ies文件的角度值固定為：1.垂直角度0°到90°，間隔2°；2.水平角度0°到360°，間隔2°。這樣就可以解決有效數據相對于數據總量過于偏小以及ies文件過大的問題。光場恢復的原材料或者說原始輸入。接下來就是描述Mayamentalray插件的實現過MEL語言是maya自己的一套編程語言。Maya界面的幾乎每一個要點都是在MEL而創(chuàng)新的環(huán)境。本次畢設的最終插件實現就是使用MEL語言編寫。該插件的主要功能有：繪制輸入界面窗口，獲取輸入光場信息的文件夾地址，輸入文件，生成光 window-t"test"-wh300150-s0myWin;textFieldButtonGrp-l"File"-bl"open"-bc"start()"FileNameTXT;showWindowmyWin;defaultPointLight(1,1,1,1,0,0,0,0,0,createRenderNodeCB-asLightlightShadermib_light_photometric"";//createconnectAttr-force$mlpm_i$pls_i;//connectpointLightShape1tomentalrayLightProfileNodeCreate($mlpp_i);//load.iesfiledefaultNavigation-defaultTraversal-destination$mlpp_i;setAttr-type"string"$mlpf_i$iesFileName;omatric結點相連接，這樣才可以使用photomatricshader的相關屬性。setAttr-type"string"$mlpf_i$iesFileNameies文件與當前的mib_light_photomatric結點相連，實現ies文件加載。這一段代碼相當于本插件的內容，它處于一個循環(huán)中。每當有一個光源需要ies文件這$a=`fgetword$b=`fgetword$c=`fgetwordselect-r$pl;move$a$b這一段代碼是從4.2.3所述的“output.txt”文件中 在變量a,b,c中。然后選擇當前創(chuàng)建的光源，將其通過move語句移動到制定位置。4.1講解入射光場數據結構設計與信息預處理實現。4.2講解如何將預處理之后的光場信息進行轉換處理得到相應的ies4.3闡述了使用MEL語言編寫Maya插件來實實驗與結果分硬件環(huán) (R)Core(TM)2DuoCPUE8400@3.0GHz軟件環(huán)操作系統(tǒng)：windows7Opencv：201332-bit開發(fā)環(huán)境：PointGrayLadybug3二維平移臺（輔助電腦及控制機箱本節(jié)通過使用數據獲取設備對真實環(huán)境的光照信息進行。通過將PointGray。設備如圖5.1所示LadyBug3全景相機，有6個頭。結果有100測圖構成，這里只展示了四張，可以看出使用到opencv，通過抽取和重采樣過程將光線抽出。通過這樣100組光測球提取出來的光線信息如圖5.2所示。Color(r,g,b)三組數值組成。每一條光線信息都由“#”字符開頭，這為數據的提供preprocess程序對上一步得5.3來看總共有100個光源，和畢設設計的10*10個小方格結果吻合。而且 preprocess程序的輸出文件“l(fā)ight.txties文件轉換程序light，即可將所有光源信息轉化成對應的ies文件以及光源坐標輸出文件“output.txtlight程序中處理的信息需要轉換且需要多次遍歷光線信息，所以運行時間較5.5iesies46個垂直角度，畢設使用從因特網上的“IES光域網查看器”來展示制作的ies文件內容。如圖5.6Maya插件進行光場恢復。點擊已經設計加載好的插件按鈕后會彈出如圖5.7所示操作界面。在輸入result5.7右的時間。加載效果如圖5.8所示。5.85.9半有光線，而另外少一半部分為建筑物遮擋，下面就通過展示使用Maya插件將制作渲染結果如5.10圖所示。5.10符合場景的實際情況。圖5.10右圖為近距離物體渲染視圖。可以看出有明顯的光具體針對物體的光照細節(jié)，如圖5.11所示。5.11光測圖中那一面的渲染圖像?？梢钥闯錾厦娌讳P鋼立方體的上表面最亮，正面較區(qū)域，正面也比較。小球的正面以及下方也比較。通過以上的高光、陰影以Maya插件來進行性能測試。結果如下表1所示。表5.1Maya插件性能10000的時候，插件生成所有光源的時間為兩分鐘，而渲染的時候直接導致Maya程序。所以光源的數量是有上限的。理暫時還是使用100個光源來實現光場的模擬實現。如下表2所示。5.2（ies文件轉換lightfield（Maya插件總結與展維光場的mentalray渲染插件。這個插件是一個基于光場表示結構的mentalray渲染引擎的在Maya上使用的插件。其將到的180度全景光測圖經過處理轉化之后的光場信息重投影到虛擬通過搭建好的真實場景入射光場工具數據后，將收集的圖像經過處理得到入然后將預處理的光場信息進行加工、轉化生成ies文件。生成ies文件后，首先要通過Maya來生成相對數量的點光源，然后通過篩選出個光源與各自的mib_photomatricshader結點相連，然后再將ies文件與shader結點相連。這樣就可以實現基于光場的渲染光源。息，如何將光場信息轉化為對應的ies文件，如何編寫Maya并生成插件來完成模擬Maya插件已經可以完成預計的研究目標，并軟件較少，導致結果做出來后，都很難創(chuàng)建一個很好的基礎3D模型來講效果展示。致點給我提供這樣一個卓越的環(huán)境讓我完成自己的畢業(yè)設計。不僅提供了良好的環(huán)境、先進的設備，還有里熱心的師兄師姐們對于我的耐心幫助。在這首先，要感謝的是我的指導老師老師。還記得大三的時候上過一門師的課，師對于現今最前沿的虛擬現實技術的了解和獨特的簡介讓我非常敬仰。所以投師與師門下。師耐心的幫我選擇相關的研究方向，并且安排博士師兄師兄指導我、帶領我做一些東西。并且在完成畢設期間，師時常關心畢設的感謝答辯組的各位老師，郝愛民老師、老師、老師，在畢設的開題和感謝師兄、師兄、男師兄，對于我畢設中遇到的各種問題的耐