1006大设计翻译版-以白帆

数据进行预处理最后Maya平台上，使用最后Maya平台上，使用语言编写插件。实现可根Ⅳ、主要参考资DEBEVECP.RENDERINGSYNTHETICOBJECTSINTOREALSCENES:BRIDGINGTRADITIONALANDIMAGE-BASEDGRAPHICSWITHGLOBALILLUMINATIONANDHIGHDYNAMICRANGEPHOTOGRAPHY[C]//ACMSIGGRAPH2008CLASSES.ACM,2008:32.UNGERJ,WENGERA,HAWKINST,ETAL.CAPTURINGANDRENDERINGWITHINCIDENTLIGHTFIELDS[C]//PROCEEDINGSOFTHE14THEUROGRAPHICSWORKSHOPONRENDERING.EUROGRAPHICSASSOCIATION,2003:141-149.LÖWJ,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 绪 引 研究综 基于图像的光 入射光场获取与表示简 常用商业渲染引擎介 存在的问 工 研究背 研究目标与内 组 相关技术背 全光函 光照渲染引 2.2.1级3D渲染引擎Mental Mentalray渲染流 photomatricshader与ies文 photomatric ies文 小 数据来源与获取方 入射光场获 入射光场表 小 入射光场的mentalray渲染插件设计与实 入射光场表示结构设计与实 入射光场表示结构设 光源出射场数据结构设计与光线信息预处理实 光场信息转换ies文件实 光源数据结构设 光源信息转 ies文件输 Maya插件实 小 实验与结果分 实验环 实验环境与实验工 数据获取装 功能测 光测图获 提取光测图光场信 光场信息预处 光场信息转化为ies文 使用Maya插件进行加载渲 性能测 Maya插件的加载性能测 各部分程序运行性能统 小 总结与展 工作总 工作展 致 参考文 绪但是，还原最真实世界的也带给研究者们很大的和机遇。一种解决方式体的真实感渲染。基于图像的光照过程如图1.1所示。虚拟物 辐射度 渲染效几何模型+材质属图 1.1中首先对虚拟物体进行建模并赋予材质属性，然后捕获真实场景中指定位对真实场景中空间变化的光照环境往往不实感光照效果。而且在不同角度的渲的方法，如图1.2所示。1.22008年，IvoIhrke等人提出了一种巧妙且廉价的方式来获取入射光场和渲染的方法。他们采用一块平面镜和具有高动态范围的机来获取环境光照信息。针对这种RenderManRenderMan规范的渲染器都称为RenderMan兼容渲染器。目前比较著名的是3delight和Pixar公司的PhotorealisticRenderMan。使用它渲染的影片有《长江7号》《X战警前传：狼》MentalMentalRayMentalImage公司的产品。作为业界公认的唯一可以和RenderMan相抗衡的级渲染器，它可以生成令人难以置信的高质量真实感图象。它在领域得到了广泛的应用和认可，被认为是市场上的三维渲染解决当把获取到的转化成光场信息后，怎么处理这些光线信息用于在渲染引擎中表现是一个重要的问题。根据课题组已有的工作基础，光场信息为一条条光线基于图像的光照技术已经在各大常用商业渲染引擎里面成功实现并且应用于实现展开研究。首先，通过设备获得不同度的全景图像。然后通过处理Maya中加载设计实现的插件，将光源信息与装置”项目中的“面向自然现象感知应用示范”课题（2012AA011803对课题组已经将光场部分工作完成的情况，接着后续来进行将光照信息处理并加研究目标为，设计实现一个基于光场表示结构的mentalray渲染引擎的在Maya上使用的插件。其将到的180度全景光测图经过处理转化之后的光场信息重投影到虚拟平面，建立光场表示结构，并对虚拟物体进行渲染。主要目的为基于真实采样得到的光场数据，实现可加载到主流影视制作软件Maya渲染插件。通过搭建好的真实场景入射光场工具数据后，将收集的图像经过处理得式。然后将预处理的光场信息进行加工、转化生成ies文件。生成ies文件后，首先要通过Maya来生成相对数量的点光源，然后通过筛选出来的光线位置信息进行移动，生成一定数量的点光源阵列，生成点光源阵列后，将每个光源与各自的mib_photomatricshader结点相连，然后再将ies文件与shader结点相连。这样就可以实现基于光场的渲染光源。最后再对所需要的虚拟场景和物体进行渲染即可。因此，如何预处理入射光场信如何将光场信息转化为对应的ies文件如何编写Maya脚课题的研究目标和研究内容的关系如图1.3。1.4图1.4结构示意环境中表现所获取的光场信息所涉及的相关技术。包括MentalRay的渲染流程，photomatricshader的介绍，ies文件内容的介绍等内容。对获取到的入射光场信息进行预处理。设计实现将预处理后的光场信息处理为ies文并实现与ies文件集的一一对应。从而实现对虚拟物体的光照渲染。ies文件集，使用Maya插件进行自动加载等功能进行实验，并对结果进行分析。相关技术背ies文件相关知识，为下文实现毕设内容做一铺tV处的全光函p7p(Vx,Vy,Vz, 可以看出，这种全光函数对光照信息进行了描述，函数可以描述理想情况下的任意光线信息。但对于这样一个函数，无论从设备还是数据量上面都是很难处理的，所以在实际研究工作中通常会简化使用。即考虑静态场景中，光线沿直线p5p(Vx,Vy,Vz, p4p(u,v,s, p4p(u,v, 图2.1光场示意AutodeskMayaAutodesk公司开发的世界三维动画软件，主要用于专业的影视，角色动画，特技等。Maya是一款功能完善，作效率极高，渲染真实感极强，级别的高端制作软件。MentalrayPixerRenderman被公认为是世界顶级的级渲染工具，其雄厚、广泛的技术支持是其他渲染引擎所不能比拟的。MentalrayMaya5.0Maya的内置渲染器。其要作用是把三然而Maya中，即使mentalray的特殊功能，也可以用它来代Maya的Maya默认的渲染器有明显的提高。并且在执行置换贴图和运动模糊时的运算速度Mentalray场景预处理。场景文件并将其转换成为易于渲染的数据结构。标记出mentalray类型的材质都由“Shader”EnvironmntLight输出。启动OutputShader，对渲染之后的图像进行后期处理，然后输出图photomatricshaderiesphotomatricshader就可以实现强度的各向异性。photomatricMentalRayphotomatricshadermib_light_photomatricshader，lightshadershadershadermentalray点光源的一个mentalray点光源的功能外，还可以将真实世界中的照明数据引Mayaies2.2所mib_light_photomatricColor、Factor等基本属性之外，还拥有Profile（配置）属性。Profile是一种记录照明能量分布情况的数字化三维效果。这些灯光信息的文件可以从互联网上，也可以使用某些软件自己制作。Profile属性即用来连接外部的灯光数据文件。这个属性会自动连接一个mentalrayLightProfile点节mentalrayLightProfile节点可以选择两种照明信息文件格式，分别是IES和EulumdatiesIES本意为IlluminatingEngineeringSocietyofNorthAmerica，代表照明工。而在本文中，这里的ies指的是由照明定制施行的，现为许多地区默常被称为“ies文件”。光度学数据ies文件为ASCII文件。文件中每一行的长度不得多于132个[TEST]测试报告数据的数量。[MANUFAC]光源的制造商1如果使用绝对测光法并且强度值不依赖于不同的灯等级，则在测试或-1中使用文件中所有坎得拉值的倍增因子。这样，当设备以异常单位进量时，可能容易缩放文件中的所有坎得拉值—例如，当使用测角图表上的标尺从框获取光度学数值时。通常倍增因子为1。11表示英尺，2发光开口的宽度、长度和高度。此时，Lightscape将忽略这些尺寸，由于可以将Lightscape支持的任何一个光源几何体实体相关联。通常它指定为000。1.01.0一个角度必须分别为90°和180°。否则，它们必须分别为0°和180°。0°。最后一个角度确定强度分180180°并且小于或等于360°，则该分布展示无横向对称。所有其他值无效。新行开始。根据以前指定的说明，在值间按需段开较长的行。不同方向发出强度不同的光线。如图2.3所示。图中C0/180指的是水平角度为0°和180°两个平面组成的剖面。图中红色弧线即mentalray介绍以及mentalraymentalraymib_light_photomatricshader来实现巧妙解释第四章实现部分为何要制作ies文件。数据来源与获取方进行入射光场获取。设备如图3.1所示。本课题组已经研究出了一套采用LadyBug相机（它由6个镜头组成可360°高清晰光测图）和平移台在一个平面上不同位置分别一系列时间不同的光测图，合成得到空间和方向性更为真实的高动态光测图。实景图见图2.3左，图3.2策略（左）与结果（右）示意由图3.2可以看出，场景为在一个二维平面上，通过自动云台的移动，使用全景相机进行拍摄。这样，经过空间位置不同可以得到具有更好空间性质基于2.1节这种光场模式，我们已将到的光场进行了处理。将光设置的场景表面，将场景表面收集到的信息再用光场机构表示，即完成了建模过程。如图3.3所示：图3.3光场建模过程（重投影）示意高度固定。得到的z为常数，每一条光线的z都是统一的值。而对于表示方向的(l,m,n)是一个单位方向矢量。ColorRGB0-255。本次毕本章介绍了本已有的入射光场的获取与表示相关技术信息，阐述了本次毕设所使用的一些基本光场理论。并展示了基于这些理论已有的工作基础。还介平移云台进行空间上的。入射光场mentalray渲染插件设计与实ies文件的编码过程。并阐述使用Maya语言MEL来编写能实现各向异性点光源阵列模拟重现的插件在一个平面上获取的光场信息是数百万条光线信息。由于将这种光场信息通过一4.1采样点。红色光线表示由采样点进行反投影到平面上的光线。A点即是我们需要4.2如上图所示球面上的紫色线围成的区域就相当于平面上的小方块，所前面已经提到，本次毕设的输入数据是之后的数百万条光线信息。每一现有的输入数据结构如图4.3所示。4.3由于所有的光线来自于很多张不同的采样中，所以，所有的光线信息在这个原有输出文件中都是乱序的。意思就是，并不是所有在一个区域的光线都在文件中相邻。所以针对原有输出结果的预处理程序就是要将所有在区域，或者说在同typedefstructstructnode*next;}Lnode,储光线的颜色信息(Color)。node*next指向下一条光线的指针。这样我们就可以根据目前实验要求，平面分为10*10,100个小方格。坐标从-5到5。如图4.4所示。图4.4平面划分方如上图所示，每一个小方格是一块区域，中间的小黑点为光线平移的点，也preprocess将会遍历搜索所有光线结点，找出每一个区点的位置。输出结果如图4.5。表示光源位置；Direction、Color二者循环组合，表示该光源区域内所发出的所有光线信息。上图为缩略截图（为展示方便，真实情况为每个光源有5000-10000不等的光线数量。详情见程序文件preprocess文件夹。通过preprocess预处理程序，我们可以将到的所有光线信息进行整合，并且主体流程图如图4.6所示。RGB颜色信息组成。考虑到光线的方向矢量以及颜色信息都需要进行转化。为了方便查找和，本次毕设设计了如下数据结构来光线信息。typedefstructintisP;//1doublestructnode*right,*down,}Lnode,isP用来表示是不是当前结点是不是光源位置结点。unit3[3]用来原始信息，比如是位置结点就原有的(x,y,z)位置点信息，如果是光线方向信息就方向矢量(l,m,n)，如果是颜色就(R,G,B)信息。unit2[2]用来转换后的信息，即转换后的水平角度、垂直角度(θ,φ)，以及颜色信息转换后的光照强度。right指针是用来连接color指针用来连接光线结点与对应的颜色结点。通过数据后，该程序能形成一个如图4.7所示的数据结构图。4.7条光线的方向与颜色信息对应连接，也不会出现光线信息出错的情况。而且这样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。因为通过反三角函数计算出来的为弧度值，而ies文件中需要的是角度值。090°，所以可以直接使首先需要确定的是怎样输出光场信息。由于后期需要在Maya中实现使用写插件来实现光场环境的恢复。所以，经过设计后，确定输出的内容为：1.所有创建的光源移动到相应位置，ies文件用来连接光源结点产生需要的光线。面就需要讨论如何对应输出每个光源的ies文件。ies文件有固定的格式以及内容规定。除了固定的内容外，需要程序输出的需要输出的光线强度值：n(ax),n(ay),n(az),阴影，所以即使采样没有到的区域也需要发出光线，只不过给予1这个远远小于ies样中光线，导致角度比较集中，间距很小且数量特别多，导致输出文件将会特别大而且空值（即强度值为1）的较多。所以，经过仔细研究，考虑到ies文件可以自动插值缺省角度以及考虑到光线的角度性质，本次毕设将ies文件的角度值固定为：1.垂直角度0°到90°，间隔2°；2.水平角度0°到360°，间隔2°。这样就可以解决有效数据相对于数据总量过于偏小以及ies文件过大的问题。光场恢复的原材料或者说原始输入。接下来就是描述Mayamentalray插件的实现过MEL语言是maya自己的一套编程语言。Maya界面的几乎每一个要点都是在MEL而创新的环境。本次毕设的最终插件实现就是使用MEL语言编写。该插件的主要功能有：绘制输入界面窗口，获取输入光场信息的文件夹地址，输入文件，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结点相连接，这样才可以使用photomatricshader的相关属性。setAttr-type"string"$mlpf_i$iesFileNameies文件与当前的mib_light_photomatric结点相连，实现ies文件加载。这一段代码相当于本插件的内容，它处于一个循环中。每当有一个光源需要ies文件这$a=`fgetword$b=`fgetword$c=`fgetwordselect-r$pl;move$a$b这一段代码是从4.2.3所述的“output.txt”文件中 在变量a,b,c中。然后选择当前创建的光源，将其通过move语句移动到制定位置。4.1讲解入射光场数据结构设计与信息预处理实现。4.2讲解如何将预处理之后的光场信息进行转换处理得到相应的ies4.3阐述了使用MEL语言编写Maya插件来实实验与结果分硬件环 (R)Core(TM)2DuoCPUE8400@3.0GHz软件环操作系统：windows7Opencv：201332-bit开发环境：PointGrayLadybug3二维平移台（辅助电脑及控制机箱本节通过使用数据获取设备对真实环境的光照信息进行。通过将PointGray。设备如图5.1所示LadyBug3全景相机，有6个头。结果有100测图构成，这里只展示了四张，可以看出使用到opencv，通过抽取和重采样过程将光线抽出。通过这样100组光测球提取出来的光线信息如图5.2所示。Color(r,g,b)三组数值组成。每一条光线信息都由“#”字符开头，这为数据的提供preprocess程序对上一步得5.3来看总共有100个光源，和毕设设计的10*10个小方格结果吻合。而且 preprocess程序的输出文件“light.txties文件转换程序light，即可将所有光源信息转化成对应的ies文件以及光源坐标输出文件“output.txtlight程序中处理的信息需要转换且需要多次遍历光线信息，所以运行时间较5.5iesies46个垂直角度，毕设使用从因特网上的“IES光域网查看器”来展示制作的ies文件内容。如图5.6Maya插件进行光场恢复。点击已经设计加载好的插件按钮后会弹出如图5.7所示操作界面。在输入result5.7右的时间。加载效果如图5.8所示。5.85.9半有光线，而另外少一半部分为建筑物遮挡，下面就通过展示使用Maya插件将制作渲染结果如5.10图所示。5.10符合场景的实际情况。图5.10右图为近距离物体渲染视图。可以看出有明显的光具体针对物体的光照细节，如图5.11所示。5.11光测图中那一面的渲染图像。可以看出上面不锈钢立方体的上表面最亮，正面较区域，正面也比较。小球的正面以及下方也比较。通过以上的高光、阴影以Maya插件来进行性能测试。结果如下表1所示。表5.1Maya插件性能10000的时候，插件生成所有光源的时间为两分钟，而渲染的时候直接导致Maya程序。所以光源的数量是有上限的。理暂时还是使用100个光源来实现光场的模拟实现。如下表2所示。5.2（ies文件转换lightfield（Maya插件总结与展维光场的mentalray渲染插件。这个插件是一个基于光场表示结构的mentalray渲染引擎的在Maya上使用的插件。其将到的180度全景光测图经过处理转化之后的光场信息重投影到虚拟通过搭建好的真实场景入射光场工具数据后，将收集的图像经过处理得到入然后将预处理的光场信息进行加工、转化生成ies文件。生成ies文件后，首先要通过Maya来生成相对数量的点光源，然后通过筛选出个光源与各自的mib_photomatricshader结点相连，然后再将ies文件与shader结点相连。这样就可以实现基于光场的渲染光源。息，如何将光场信息转化为对应的ies文件，如何编写Maya并生成插件来完成模拟Maya插件已经可以完成预计的研究目标，并软件较少，导致结果做出来后，都很难创建一个很好的基础3D模型来讲效果展示。致点给我提供这样一个卓越的环境让我完成自己的毕业设计。不仅提供了良好的环境、先进的设备，还有里热心的师兄师姐们对于我的耐心帮助。在这首先，要感谢的是我的指导老师老师。还记得大三的时候上过一门师的课，师对于现今最前沿的虚拟现实技术的了解和独特的简介让我非常敬仰。所以投师与师门下。师耐心的帮我选择相关的研究方向，并且安排博士师兄师兄指导我、带领我做一些东西。并且在完成毕设期间，师时常关心毕设的感谢答辩组的各位老师，郝爱民老师、老师、老师，在毕设的开题和感谢师兄、师兄、男师兄，对于我毕设中遇到的各种问题的耐