冯 洁，李 博，周秉锋

基于像素聚类的空间变化表面材质建模

冯 洁1,2，李 博1，周秉锋1,2

(1. 北京大学王选计算机研究所，北京 100871； 2.大数据分析与应用技术国家工程实验室，北京 100871)

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手机，在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像，即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性。其中对BRDF参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略，即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数，从而大幅降低参数拟合的难度。在此基础上，通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合，产生高分辨率的BRDF参数纹理图。该方法不依赖特殊设备，也无需采集海量数据，就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的多种类表面材质产生高质量的BRDF参数图，以及高真实感的基于物理的绘制结果，因此更易于实现和应用。

表面材质建模；空间变化材质；基于图像的绘制；双向反射分布函数；像素聚类

计算机图形学中，基于物理的绘制方面已经有了大量的研究，但其反问题，即从已绘制或拍摄的图像中恢复物体表面的物理属性，仍然是一个不适定问题。另一方面，真实物体的表面材质往往呈现空间变化的属性，即在表面不同位置上具有不同的反射属性，这也增加了材质建模的难度。……