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文檔簡介
日式動畫風格非真實感
三維實時渲染算法的研究
樂大山龍曉苑汪國平北京大學機器感知與智能教育部重點實驗室
北京大學多媒體與人機交互實驗室DEA2008日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!非真實感渲染將三維圖形渲染得具有特定的圖畫風格使畫面更易于理解、表達更靈活能在形式上指定一種可展現(xiàn)繪畫作品的方式,并隨之編寫生成非真實感繪畫作品的計算機程序?!狽on-PhotorealisticComputerGraphics,ThomasStrothotte日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!日式動畫風格日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!動畫風格的特征線條勾勒輪廓等寬單色明暗兩色調(diào)分界明顯陰影準確與暗色同色調(diào)日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!算法實現(xiàn)描邊算法明暗算法陰影算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!背面線框算法算法:算法一共兩遍(2passes),遍正常渲染,第二遍使用線框模式進行渲染,但在深度緩沖區(qū)中將其深度值加1。這種情況下,每條處于邊界的線框?qū)挾鹊囊话雽⒈伙@示出來。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!擴展模型算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!
背面線框算法、擴展模型算法、傳統(tǒng)描邊算法和正常渲染對比(a)背面線框算法可以較為準確地找到邊線,包括衣褶,且線段連冠;(b)擴展模型算法邊線較粗,不連續(xù)和粗細不均使其具有手繪般的效果;(c)傳統(tǒng)描邊算法不能準確地找到邊線;(d)正常渲染。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!算法實現(xiàn)描邊算法明暗算法陰影算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!明暗算法將漫反射與鏡面反射的估算式代入該式:其中,L為光源向量,N為表面法向量,R為鏡面反射方向,V為觀察方向。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!明暗算法增加色彩將上一步得到的離散化的明暗值與該圖素本應(yīng)有的色彩或紋理之間取平均(或進行一次線性插值),即可得到最終的圖素色彩值。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!陰影紋理算法(a)光源攝像機空間坐標、世界坐標與攝像機空間坐標
(b)從光源攝像機生成的深度陰影圖紋理,灰度越亮表示該像素深度越小,越暗表示像素深度越大
(c)深度測試示例,A,B,C三個點在“深度陰影圖”中對應(yīng)了相同的坐標,在深度陰影圖中,該坐標保存的深度值為2;A的深度值為2,通過深度測試,渲染光照;B和C的深度值均大于2,不能通過深度測試,渲染陰影。DepthShadowMap(TextureShadows)日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!性能與優(yōu)化日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!優(yōu)化:LOD使用LOD技術(shù),在模型距離較遠時,縮減模型規(guī)模、關(guān)閉陰影或描邊算法。經(jīng)測試,采用上述LOD技術(shù),當模型縮小至約1/4時:在B計算機84fps220fps;在C計算機46fps122fps。返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!總結(jié)日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!感謝各位的聆聽,歡迎提問!DEMO演示DEMO下載地址:.yueds./projects/celshading/更多幻燈片:日本動漫產(chǎn)業(yè)規(guī)模明暗與陰影背面線框算法的問題算法局限:模型規(guī)約陰影算法的平滑處理陰影算法代碼段LOD優(yōu)化創(chuàng)新點傳統(tǒng)算法效果現(xiàn)有動畫風格游戲Idolmaster游戲日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!明暗與陰影返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!算法局限:模型規(guī)約模型應(yīng)該盡可能光滑在希望邊界/明暗分界線停留的位置制造硬邊可以考慮使用NURBS等曲面建模工具人物面部應(yīng)使用紋理來呈現(xiàn)便于通過紋理動畫表現(xiàn)面部表情人物各部分紋理應(yīng)只使用色塊避免使用純黑色和純白色返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!陰影算法的代碼段//此代碼片斷位于像素著色器中float4depths=float4( tex2D(shadowMap,shadowUV.xy+float2(-pixeloffset,0)).x, tex2D(shadowMap,shadowUV.xy+float2(+pixeloffset,0)).x, tex2D(shadowMap,shadowUV.xy+float2(0,-pixeloffset)).x, tex2D(shadowMap,shadowUV.xy+float2(0,+pixeloffset)).x);depths+=depthAdjust.xxxx;shadow=(finalCenterDepth>shadowUV.z)?1.0f:0.0f;shadow+=(depths.x>shadowUV.z)?1.0f:0.0f;shadow+=(depths.y>shadowUV.z)?1.0f:0.0f;shadow+=(depths.z>shadowUV.z)?1.0f:0.0f;shadow+=(depths.w>shadowUV.z)?1.0f:0.0f;shadow*=0.2f;diffuse=tex1D(diffuseRamp,diffuse).x;floatdarkness=(shadow>diffuse)?diffuse:shadow;//存在陰影的地方,不能產(chǎn)生高光floatlightness=(shadow>0.0f)?tex1D(specularRamp,specular).x*lighten:0;floatfinal=lightness–darkness;result=float4(tex2D(myTexture,uv).xyz+float3(final),1);返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!傳統(tǒng)算法效果AzureProduct,.,使用已獲同意。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!XIII,
?Ubisoft,2003日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!Idolm@ster,
?Namco,2003返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!動漫產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀日本動漫產(chǎn)業(yè)全球市場份額62%日本以外國家模仿日式風格的動漫作品所占的市場份額19%日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!算法實現(xiàn)描邊算法明暗算法陰影算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!描邊算法目標:找出輪廓、單色等寬傳統(tǒng)算法背面線框算法擴展模型算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!傳統(tǒng)算法缺點明顯:除非模型面足夠均勻且足夠細分,否則描邊粗細及連續(xù)性無法保證。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!背面線框算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!擴展模型算法算法:此算法也是兩遍,遍在渲染時先使用GPU的VertexShader將模型中的每一個頂點沿法向方向移動一定比例,使整個模型“加粗”,然后將剔除模式(cullmode)設(shè)置為正面剔除,即剔除面向攝像機的表面,僅保留背向攝像機的表面。最后用黑色渲染此模型。第二遍正常渲染。這樣,遍渲染出來的黑色背面就被留在了模型的外面。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!線框算法的效果比傳統(tǒng)算法的效果更好。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!明暗算法在局部光照模型中,物體表面反射光強度為:環(huán)境光漫反射光鏡面反射光基色塊(原色)陰影色塊(變暗)高光色塊(變亮)日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!明暗算法目標:產(chǎn)生明顯分界的明暗色塊二值化技術(shù):一維紋理映射日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!算法實現(xiàn)描邊算法明暗算法陰影算法日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!算法綜合1.從光源角度生成深度圖2.渲染明暗與陰影3.渲染邊界日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!性能共有約56000個多邊形,在啟用陰影、4倍硬件反混淆、1024x768分辨率、色深32位的情況下進行測試。編號CPU內(nèi)存顯卡平均幀速率AAMDAthlon643000+1.0GBNVIDIAGeForce8500GT136fpsBIntelCoreDuo1.8GHz2.0GBNVIDIAGeForce8400M84fpsCIntelP41.86GHz1.0GBATIMOBILITYX30046fpsDIntelP43.0GHz1.0GBNVIDIAGeForce5200FX13fpsEIntelP43.0GHz1.0GBIntel82915G5fpsFIntelP41.7GHz512MBATI7500(無法運行)日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!優(yōu)化:陰影對各像素點求其在陰影深度圖中的梯度,從而避免“波浪效果”;生成深度陰影圖時將畫面“聚焦”于顯示區(qū)域,并使用PCF過濾器,使陰影分辨率大大提高,從而減少“鋸齒效果”。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!總結(jié)有針對性地模擬了日本動畫片的技法風格,產(chǎn)生藝術(shù)化的效果;引入陰影技術(shù)并與現(xiàn)有的明暗渲染效果加以混合是本文的創(chuàng)新點;較好地利用顯卡GPU性能,將CPU時間節(jié)約出來留作他用;本技術(shù)非常適合在游戲、展示軟件等實時渲染應(yīng)用程序中應(yīng)用。日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!日本動漫產(chǎn)業(yè)規(guī)模其2003年市場規(guī)模折合美元19億,人民幣136億。我國2003年動漫產(chǎn)業(yè)(含游戲)市場規(guī)模人民幣93.2億元。數(shù)據(jù)來源:“JapanAnimationIndustryTrend”,JetroJapanEconomicMonthly,June2005返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!背面線框算法:問題DirectX中線框粗細只能為固定1像素不能調(diào)整,進而被顯示出來的線框的粗細僅為0.5像素,因此可能發(fā)生閃爍。解決方案:啟用“硬件反混淆”軟件繪制寬度大于1像素的線框模型距離很遠時,會被所有邊線遮擋返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!陰影算法的平滑處理我們可以使用PCF(PercentageCloserFiltering)模板過濾器來減少陰影紋理中的“鋸齒”返回日式動畫風格非真實感共50頁,您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!創(chuàng)新點改進了描邊算法,使其支持連續(xù)的等寬單色線勾邊,還給出了一種更夸張個勾邊算法;實現(xiàn)了自陰影,并與明暗算法整合;實現(xiàn)“日式動畫風格”的所有主要風格
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