半透明体绘制(Rendering of Translucent Object With PRT)

szwaiwai

   
     半透明物体(Translucent materials)在我们周围随处可见。大理石、玉器、皮肤、牛奶等等就属于这一类。半透明物体的绘制必须考虑到次表面散射(subsurface scattering),表面的入射光线除了反射以外，还有大量光线经入射点进入物体，在物体内部传输的过程中不断被吸收，不断被散射，最后在入射点附近穿出(BSSRDF)。
     DIRECTX SDK中早在2004年便把subsurface scattering包含进了PRT的API中。DIRECTX SDK的例子中一直有一个PRT DEMO的例子，也展示了subsurface scattering的效果，我当时对着几个参数捣鼓了好一阵，出来的半透明效果平淡无奇，一点也没有国外论文中所附样图的风采。是不是我用的模型面数太少啊？是不是PRT中带的SSS技术不适用半透明物体啊？是不是还有什么未知的东西啊？
     带着这些疑问过了好几年。期间,曾经在MSN上碰到这方面的一个专家，来想问他些问题，但是又不好意思说，怕打扰了他的工作，只是向他讨要了他的博士论文（可惜后来在电脑中丢了）。
     2008年初，我写EMAIL给了曾在微软研究院做过实习生的赵爽(上海交大的学生，我查到了他的主页，上面有EAMIL，SIGGRAPH 2008有一篇论文，他是第二作者)，向他讨教了几个问题。赵爽真是很“爽快”，第二天就给我回了信，谈了几点他自己的看法：“PRT 简单地说，是利用光源输入和物体的亮度具有线性关系（也就是说，光源亮度提高1倍，那么物体亮度也提高1倍）这一性质，预先以一些特定的基函数为光源，计算物体的appearance。然后对于任意光源，通过投影到该基函数上，并将预先计算好的 apperance 相加，即可得到物体在当前光源下的appearance。因此 PRT 是可以应用在半透明材质的渲染上的。至于你说的按 vertex 计算这一问题，的确这是 PRT框架的一个一般性问题，和是否是半透明材料无关。相反，对于很多半透明材料，尤其是 homogeneous 的材料，它们的 appearance相对比较低频，vertex 采样率反而可以低一点。至于微软 SDK 里面的渲染效果，其实我并不清楚微软 SDK 里面是如何渲染半透明物体的”。由此可见，模型面数少一些对半透明效果的影响并不大，也不是决定性因素。
     后来，我看到了清华博士生徐昆（他也在微软研究院做过实习生，我发现做半透明物体这方面论文的都在那儿做过Research Intern。与英雄呆在一起，不知不觉也会变成英雄，不知道这样的比喻恰不恰当。）在EUROGRAPHICS2007上发表的论文“Real-time homogenous translucent material editing”，这篇论文讲了可变半透明物体材质的实时绘制，还带了一段非常棒的DEMO VIDEO。这文章又燃起了我熄灭好久的探寻半透明物体绘制奥秘的希望。特别是其中一句话提醒了我为什么DIRECTX SDK中的PRT DEMO的半透明物体效果比较差劲。“Since human perceives glossy surfaces more translucent than surfaces without glossy, for increased realism, we add a specular component to the final rendering. ”也就是说，人眼看有光泽的物体表面更能感受到半透明质地，所以加上高光，半透明的真实感更能体现出来。嗯，找到了问题的关键。
      我在DIRECTX SDK的PRT DEMO上做了个小修改，增加了几个点光源的Specular Lighting。引入些许高光，渲染的图像立刻与以往不同了，请看如下图片。材质使用的是预定义的MARBLE。

更多的图片请见我的BLOG太傻:   http://www.cnblogs.com/szlongman

tonykee

that's cool

clayman

对PRT研究的不多
实时subsurface scattering用thickness map就能做的很好啊

Devil

这个是偶原来做的

xpertsoft

很多办法可以模拟出近似效果啦。不过都没有PRT来的理论近似。
我做过好几个，thickness  map没弄过。不过弄了一个双depth map求解thickness来模拟。
另外一个是用法线来模拟。效果都还能接受。效率也不错。