真实感渲染效果一直是计算机图形学核心内容之一,主要用于虚拟现实、影视特效、图形仿真模拟、游戏等方面。如何实现照片级的渲染效果是近年来研究的热点方向。材质的表面各可视属性,包含纹理、透明度、颜色、高光、反射率、折射率等。渲染是通过模拟光线在3D场景中传播,将由物理视点、光源、三维场景、角色、材质等组成的镜头转化为高度真实感的连续帧画面。使用类型、属性、纹理不同的材质渲染会产生不同的效果,为实现照片级效果就务必要采用更加有真实感材质库来渲染。为获取获取真实世界的目标物的材质信息,使用材质测量采集系统.将材质信息存储到BTF中,建设材质库。通过渲染引擎,使用获取的双向纹理函数对三维模型进行渲染,使其能逼真的呈现真实世界的物体和场景。近年来,搭建BTF材质库为真实感渲染服务的国内外大学越来越多,其构建的双向纹理函数材质采集系统原理相似,但结构侧重点有差异。本文选题来源于国家863计划课题“真实感动漫渲染系统研究与应用”项目,国家自然科学基金“基于物理的材质光照建模及测量方法研究”项目。半球面模式的材质光照测量系统属于软件、硬件一体的系统,研究目的是通过构造各种光照特性,对真实世界中存在的物体进行光照测量;利用同一材质不同角度多次测量,高效获取上半球面的状态;构建基于物理的材质模型,获取材质模型数据;进而附着于虚拟三维物体表面,展示高度真实的渲染效果,应用于产品外观设计、服装设计、数字媒体设计等领域。本文主要描述半球面模式的材质光照测量系统设计与实现,提出半球面模式的材质光照测量装置及其材质采集测量方法,围绕制约多相机测量真实感建模领域应用的关键问题展开研发。搭建半球面模式的材质光照测量装置设备以及拍摄环境,连接数控系统实现操控设置装备拍摄真实世界的目标物。设计实现多角度多光照的材质采集方法及流程,并进行优化,完成连续采集模式和定制采集模式。系统控制和物理实现采集目标物材质的前期必需工作,主要包括:相机检测与校正,光照初始化及开关控制、光源色温实验、光源校正,相机和光源拍摄环境辐照度校准等。参数选择,数据传输;获取目标物各个光照特性下的图像信息;进一步进行BTF数据处理,几何特征提取等;采用多种的渲染方法,获得照片级的效果。