[word格式] 包装CAD中材质表面纹理的辐射度算法

[word格式] 包装CAD中材质表面纹理的辐射度算法 包装CAD中材质表面纹理的辐射度算法 王保升包装CAD中材质表面纹理的辐射度算法 包装CAD中材质表面纹理的辐射度算法 王保升 (南京工程学院,南京210013) [摘要]从辐射度算法的应用现状和包装CAD中材质表面纹理技术 的现状出发,提出了用辐 射度算法来解决材质表面纹理模拟的观点,根据材质表面特点的不 同分为2类来论述,并且给出了辐 射度方法的计算公式.从而为包装CAD系统中的材质库开发探索了 一条新的方法. 关键词:辐射度算法;包装CAD;纹理;形状因子 中图分类号:TP391,72;TB484文献标识码:B文章编 号:1001—3563(2004)03—0051—02 TheArithmeticofRadiantIntensityofSuperficialTextureinPackagingCAD WANGBao-sheng (NanjingInstituteofTechnology,Nanjing210013,China) Abstract:Accordingtothepresentsituationoftexturetechnologyinthepacka gingCADandtheappli— cationsofarithmeticofradiantintensity;theviewpointthatarithmeticofradia ntintensitymethodcanbeap— pliedtosimulatesuperficialtextureofpackagewasputforward.Thesimulatingtechnologywasdividedtotwo kindstobediscuSSedaccordingtodifferentcharacteristicsofthedifferentmaterial,Theformulawasgivenfor differentmaterialandanewmethodtodevelopmaterialmoduleofpackagingCADwasprovided. Keywords:Arithmeticofradiantintensity;PackagingCAD;Texture;Formfactor 辐射度本来是热辐射工程中的一个概念,1984年美国 Cornell大学和日本厂岛大学学者分别用它成功的模拟理想漫 反射间的多重漫反射效果,虽然当时的模型比较简单,但它提 供一条探索之路.经过几年的发展后,随着各种辐射度算法的 出现,它模拟的真实场景越来越逼真,应用范围也越来越厂. 例如,国内比较优秀的室内装潢软件系统一圆方软件就成功的 应用了辐射度算法;前不久”三联影视创作中心耗资3000万 创作的仅仅20min的短片《青娜》也间接的应用了这一技术. 辐射度算法与传统的光照模型和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的光线跟踪算法相比较 有自己的特点,它是基于物理学中能量守恒原理,采用数值求 解技术近似计算景物表面上的辐射度分布.由于场景中物体 表面的辐射度分布与视点的选择没有关系,所以辐射度方法是 视点独立的算法,这一特点方便在包装CAD系统中采用全景 渲染,目前还主要应用在虚拟环境的漫游系统中. 在包装 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中,在设计包装容器或者产品时,由于物体表 面的材质具有一些纹理细节,如木质物体的木纹,大理石的花 纹,沙质或陶瓷的表面凸起.描述物体的这些表面特性常采用 的方法是纹理映射技术,文中主要论述如何在辐射度方法中引 入纹理映射技术,使得设计出来的作品更加逼真.下面根据材 质表面的属性分2类来讨论. 1颜色纹理映射技术 适合这一类方法的最典型材质的就是木纹和大理石.在 真实感图形技术中,景物表面的反射率可用纹理图案来给出, 这类景物表面的光亮度分布往往具有很高的高频分量,很难用 一 些具有常数反射率的有限面片来近似表达它,作为折中的方 案,可以在景物表面的辐射度的求解过程中,将具有纹理景物 表面片的反射率用该面片上的平均反射率来表示;而在绘制图 形时,由于景物表面片的光辐射可看作为各点处的光能经加权 平均聚集后再辐射出去,可以假设每一个面片上的反射率是变 化的.实际证明这种方法可行. 在求解包装容器或其它包装物表面辐射度的值时,一般按 以下步骤计算:首先把表面分成很多的小面片,并且假设各面 片的反射率为常数,这个面片的平均反射率通常采用双线性插 值法计算如图1所示;然后根据平均反射率R利用辐射度计 算公式计算点处辐射度值(实际就是所在的面片的平 均辐射度值),这里通常采用迭代方法借助计算机来计算.计 算公式如下: B=E+R?Bj(Fii+F)(1) 收稿日期:2003-10-13;修订日期:2004-04-09 作者简介:王保升(1978一),男,硕士,南京工程学院教师,主要从事包装容器结构设计,CAD/CAM和包装过程自动化的研究. 包装工程PACKAGINGENGINEERINGVo1.25No.32004 F:日(,)A()(2)’ 7r, 式中:B为用平均反射率计算出来的辐射度值;E为面片 自身拥有的辐射度;B为面片的辐射度;F分别为漫射形 状因子和附加的镜面形状因子,它表示面片漫(镜)射到面片 i的光占面片向周围漫(镜)射的所有光的比例;日(i,)为遮 挡函数,当面片i与之间有遮挡的时候取0,当无遮挡的时候 取I;A()为面片的面积,变量如图2所示. 图1双线性播值图2面片之间的反射 再根据该点处的实际反射率对点的辐射度值进行校 正,计算公式如下: 8(x,R(XP)):B.—R(Xp一 )(3) 式中:B(,尺())为最终得到的点处的辐射度值;尺 ()为点处的反射率,由处的颜色值所确定. 按照上面的步骤,分别对红(R),绿(G),蓝(B)3色进行 辐射度计算(因为物体表面对红绿蓝3色的反射率不同),得 到的RGB值即为该点的颜色值.重复这个过程对物体表面所 分割的每个面片都进行计算,这样便使用辐射度方法方便的绘 制出像木材和大理石等表面具有颜色纹理的材质. 2凸凹纹理映射技术 在包装ACD中,除了表面具有颜色纹理的材质外,还有一 类表面特征比较突出的材质(例如沙质容器),这类材质一般 通过凸凹纹理映射技术来模拟.类似于颜色纹理,凸凹纹理通 过表面上定义法向扰动量数组来描述景物表面的法向量的变 化.而表面法向量的变化直接影0F@U其反射光亮度分布的改 变,从而形成逼真的凸凹纹理效果.为了在辐射度算法中模拟 出凸凹纹理的效果,可以在最后的辐射度绘制过程中引入法向 量扰动技术来简单地模拟.但是从原理上来说,这种方法只是 借助了传统的光照模型技术,如果你对传统的光照技术有所了 解就知道,这种方法它放弃了辐射度方法的全局性,其景物表 面凸凹纹理没有参与环境中表面辐射度的计算,只是一种绘制 后处理所生成的附加效果.可以肯定这种效果肯定不会太真 实.因此简单的法向量扰动必须经过适当的修改才能应用于 辐射度方法之中. 如果将法向扰动技术引入到辐射度算法中,并且引进形状 因子的概念,就可以得出关于凸凹纹理表面的扰动辐射度算 法.在经过一系列的变化,就可以得到如下的公式: , B=E+kiR7r?(4)J=I’. ii 式中:B为漫射辐射度;,R为面片的漫反射率和漫反 射系数;E为面片自身拥有的辐射度;为面片所接受的入射 光强度;F,分别为扰动后和扰动前的形状因子. 从上式可以看出,只要知道,F和F即可以求出B. 可以采取简化处理,根据该面片所处的周围情况给出一个 数值(这个数值会影BS_~U模拟的结果).这样就可以求出面片 表面的辐射度,用同样的方法求出所有面片的辐射度.最后利 用表面绘制技术就可以成功的模拟出类似沙质和陶瓷这样具 有凸凹纹理的物体. 3结语 在包装CAD中,还有其它的一些材质,如纸板和表面带有 特殊花纹的物体.模拟这种物体的表面可以利用三维贴图的 方法,然后利用辐射度算法计算其表面的亮度,这里就不作详 细介绍.总之,纹理表面的辐射度算法是将传统的纹理映射技 术引入到辐射度算法中来,并且可以成功的用来模拟物体表面 的纹理细节,它比传统的纹理映射技术更有效,更逼真.在包 装CAD系统中,完全可以利用此技术设计出更优秀的作品. 参考文献 [1]彭群生,等.计算机真实感图形算法基础[M].北京:科学出版 社,1999 [2]郭红晖,等.基于生物组织表面特性的体绘制光照模型[J].计算 机研究与发展,1999,36(2) [3]杨涛,等.基于面模型的三维纸箱纸盒CAD系统[J].包装工程, 2003,24(2) [4]Y.N.Zhu.IlluminationTheoryandItsApplicationsforRealisticIm— ageSynthesis.Proc.ofCADDM’87,Beijing,Apr.,2000 [5]王进,等.一种实现自然纹理映射的算法[J].计算机辅助设计与 图形,2000,12(3) 书刊信息 《自然环境试验技术》一书由汪学华等编着,航空工业出版社出版.全书共6章,45万字.该书紧密结合军工产品的特点,全 面系统地阐述自然环境试验的理论和应用.重点 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 自然环境试验领域的新成就以及发展动向.系统地提供了典型环境, 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 和产品环境特性等方面的试验数据及相关规律,具有较高的实用价值. 该书定价40元,现有少量存书,可以邮购,邮购价50元.需要者请与下列人员联系: 联系人:杨晓然通信地址:重庆市2331信箱邮编:400039 电话:(023)68792202,68792203电子邮箱:yxr59@126.con或 x~ang@sohu.con 52