秋季植物叶子表观的模拟

提供了一种采样并生成植物叶子表观的方法,可以非常真实地展现叶子秋季在干枯、老化过程中多种纹理、表观属性的变化.在生成叶子纹理的过程中,有别于以往基于单一材质样本的表观合成技术,采集了大量不同叶子样本表面的双向反射分布函数BRDF和双向透射分布函数BTDF,最终从这些数据中得到叶子衰老过程在老化空间中的表达式和完全分布图.结合植物学知识和所得到的老化空间中的表达式和分布图,可以很好地指导合成秋季不同衰老程度叶子的表观纹理,并能够外插合成采样范围之外的叶子纹理样式.在生成多种不同种类和衰老程度的植物叶子的过程中验证了这种方法的有效性,得到了大量非常接近真实树叶的各种叶子形态和纹理.

植物老化过程模拟研究

植物老化过程模拟包括物体表观采集技术是如今计算机图形学的热点研究内容，它在理论研究以及实际应用两方面都具有重要意义。本文对此领域中的问题进行了深入研究与探讨，取得了一定的研究成果。 植物的老化模拟和真实感绘制技术一直是图形学中一个富有挑战性的问题，它对于让计算机中真实表现自然物体和场景起着不可或缺的作用。随着研究与应用的深入，植物的真实感仿真程度越来越成为研究者关注的重点。人们力图从几何形状和表观纹理等多方面提高虚拟植物的真实感，以满足应用的要求。本文即针对植物老化过程的模拟方法进行了研究，提出了基于物理模拟的叶子构型，完全老化空间方法，以及合成叶子表观等方面的一系列解决方法。这些方法与技术为自然场景中植物的真实绘制创造了条件，具有很强的实用价值。本文在植物模拟方面的主要工作与贡献如下：  提出一种基于物理模拟的叶子动态构型方法。该方法采用质点弹簧模型来表示叶子的物理结构，本文基于植物学和物理原理，在这里引入了双层结构模型表达叶子的力学结构，很好地模拟了不同种类植物叶子形状的多样性。通过分析叶子形状变化的原因，即在叶子枯萎过程中，叶肉和叶脉由于各自不同的组织结构，导致了收缩比例不同。从而在物理模拟中，建立关于叶子基本结构的双层质点－弹簧模型，并对上下两层的不同参数的合理设置，很好地表现了叶肉和叶脉的不同力学特性。 双层模型的相互作用，决定了叶子的最终变形方式和效果，由此可以得到非常接近真实树叶的各种叶子形态。  提出“完全老化空间”和“老化度”的概念，用来模拟变化过程中的植物表观。该概念的可以非常真实地展现叶子秋季在干枯、老化过程中多种纹理、表观属性的变化。在生成叶子纹理的过程中，有别于以往基于单一材质样本的表观合成技术，本文采集了大量不同叶子样本表面的双向反射分布函数BRDF和双向透射分布函数BTDF，最终从这些数据中得到叶子衰老过程在老化空间中的表达式和完全分布图。结合植物学知识和所得到的老化空间中表达式和分布图，可以很好地指导合成各个季节中不同衰老程度叶子的表观纹理，并能外插合成采样范围之外的叶子纹理样式。本文在生成多种不同种类和衰老程度的植物叶子的过程中验证了这种方法的有效性，得到大量非常接近真实树叶的各种叶子表观和纹理.  提出一种基于随机过程的方法，对一类特征相似的叶子进行模拟，产生大量特征相似但细节不同的叶子模型。这种方法主要是通过基于特征值提取的数学方法来，随机地生成大量几何细节上不同，但主体特征相似的叶子。具体算法主要由二维流型上的拉普拉斯算子特征函数来完成。通过这种方法，可以快速生成几何细节上略有区别的同类叶子模型，大大提高了模型生成和构造的速度，从而使得本文可以生成大量不同的植物叶子。 表观采集技术是为了更加真实地对物体进行绘制而产生的技术。近年来，表观采集技术和表达方法逐渐的成为真实感绘制研究的主要问题，并获得了很大发展，它在高度真实感复杂场景绘制、虚拟现实、科学计算可视化等诸多领域都具有重要应用价值。本文针对基于BRDF和BTDF表达的表观和采样技术及其在实验应用设备进行了研究，主要贡献包括：  提出一种物体表面表观采集设备及其数据采集、处理方法。设备包括：光源移动平台、线性光源、均匀白色面光源、图像采集相机和控制/数据接收单元；通过采集的反射图像序列和透射图像，并对数据进行处理得到物体的双向反射分布函数BRDF数据和双向透射分布函数BTDF数据。本文的方法和设备成本低廉且精度高，而且能够同时采集物体表面的双向反射分布函数BRDF和双向透射分布函数BTDF，具有采集速度快、数据密度大等特点。

A Physically Based Transmission Model of Rough Surfaces

Transparent and translucent objects involve both light reflection and transmission at surfaces. This paper presents a physically based transmission model of rough surface. The surface is assumed to be locally smooth, and statistical techniques is applied to calculate light transmission through a local illumination area. We have obtained an analytical expression for single scattering. The analytical model has been compared to our Monte Carlo simulations as well as to the previous simulations, and good agreements have been achieved. The presented model has potential applications for realistic rendering of transparent and translucent objects.

Color representation and interpretation of special effect coatings

A representation of the color gamut of special effect coatings is proposed and shown for six different samples, whose colors were calculated from spectral bidirectional reflectance distribution function (BRDF) measurements at different geometries. The most important characteristic of the proposed representation is that it allows a straightforward understanding of the color shift to be done both in terms of conventional irradiation and viewing angles and in terms of flake-based parameters. A different line was proposed to assess the color shift of special effect coatings on a*,b*-diagrams: the absorption line. Similar to interference and aspecular lines (constant aspecular and irradiation angles, respectively), an absorption line is the locus of calculated color coordinates from measurement geometries with a fixed bistatic angle. The advantages of using the absorption lines to characterize the contributions to the spectral BRDF of the scattering at the absorption pigments and the reflection at interference pigments for different geometries are shown.