最新的实时头发绘制技术是如何工作的？

Question

大家都知道，头发的模拟和渲染是特别具有挑战性的，事实上，在提出可信头发的游戏中很少有这样的例子。很容易想象，要真正模拟大量的纤维，以及模拟在这么多股之间可能发生的各种散射事件是多么困难，更不用说它们都是半透明的了。

有人能正规化头发渲染的主要挑战，特别是在实时场景中吗？这些是如何被最先进的技术所克服的？是否使用了一些事实上的标准理论模型？

澄清一下，对于真实的时间，我并不是说在游戏的背景下。

Answer 1

对不起，我的回答质量很差。我目前无法访问计算机，从我的手机编辑不是一个简单的任务。特别是，我希望能够粘贴图片。

我想说，模拟头发的主要挑战是：

• 复制他们对照明的特殊反应(作为一种材料)
• 复制它们的体积特性(作为几何)
• 以一种现实的方式使他们充满活力

下面是我收集到的关于这个主题的参考资料列表，按时间顺序排列(主要是关于呈现部分)：

1. JamesT.Kajiya，TimothyL.Kay，用三维纹理绘制毛羽，1989年
2. JEROME LENGYEL，EMIL PRAUN，ADAM FINKELSTEIN，HUGUES HOPPE，任意曲面上的实时毛皮，2000年
3. StephenR.Marschner，HENRIK，MIKE，人发纤维的光散射，2003年
4. ARMIN BRUDERLIN，SUNIL HADAP，TAE-YONG KIM，NADIA MAGNENAT-THALMANN，ULRICH NEUMANN，YIZHOU，STEVE WORLEY，照片真实的头发造型，动画和渲染，SigGraph2003课程
5. THORSTEN SCHEUERMANN，染发和遮光，ShaderX3,2004年
6. THORSTEN SCHEUERMANN，染发和遮光，ATI / GDC，2004年
7. 托斯滕·谢尔曼( THORSTEN SCHEUERMANN )，实用的实时头发渲染和阴影处理，ATI / Siggraph，2004年
8. THORSTEN SCHEUERMANN，实用的实时头发渲染和阴影处理，ATI / Siggraph 2004 (幻灯片)
9. MARTIN KOSTER，JORG HABER，HANS-PETER SEIDEL，用可编程图形硬件实时绘制人体毛发，2004年
10. 纳鲁演示中的头发动画与渲染，Gems 2(第23章)，2005年
11. LENA PETROVIC，MARK HENNE，JOHN ANDERSON，毛发模拟与绘制的体积法，Pixar 2006
12. CHRISTOPHE，RAMAMOORTHI，头发纤维反射的重要性抽样，Pixar，2007年
13. SARAH，LOUIS，GPU上的实时头发渲染，SigGraph2008。
14. ARNO ZINKE，CEM YUKSEL，ANDREAS WEBER，JOHN KEYSER，头发快速多次散射的双散射近似
15. IMAN SADEGHI，HEATHER，HENRIK WANN JENSEN，RASMUS TAMSTORF，一种艺术家友好的头发遮阳系统，2010年
16. 尤金·德恩，纪尧姆·弗朗索瓦，马丁·希尔，乔·莱特里，让-玛丽·奥布里，一种节能的头发反射模型，2011年
17. 玄宇，杨森，贾斯汀·亨斯利，原田高一郎，余景义，一种描述头发复杂散射效应的框架，2012年
18. OU，冯谢，PARASHAR KRISHNAMACHARI，FABIO PELLACINI，ISHair:头发散射的重要取样，2012年
19. SARAH，浅谈基于物理的头发绘制，2013年
20. WOLFGANG ENGEL，古墓掠夺者中的头发绘制，2013年
21. EUGENE D‘’EON，STEVE MARSCHNER，JOHANNES HANIKA，基于物理的毛纤维模型的重要性抽样，2013年
22. 蒂莫西·马丁( TIMOTHY MARTIN )、沃尔夫冈·恩格尔( WOLFGANG ENGEL )、尼古拉斯·特奇罗兹( NICOLAS T斯洛eroz)、贾森·杨( JASON YANG )和贾森·拉克鲁瓦( JASON LACROIX )，TressFX:高级实时头发绘制，GPU Pro 5,2015年
23. LEONID PEKELIS，CHRISTOPHE HERY，RYUSUKE VILLEMIN，JUNYI LING，头发的数据驱动光散射模型，Pixar 2015

我还没有读过所有这些材料，但这里有一点我记得(我更感兴趣的是实时解决方案)：

• Kajiya-kay为真实的头发/毛皮绘制奠定了基础。
• Marschner提出了一种改进的模型，并指出头发有两种截然不同的镜面亮点(一种是直接反射的白色，另一种是由于头发纤维内部反射而产生的颜色和光泽)。
• Scheuermann提出了近似来模拟Marschner描述的行为，这种近似适合于实时(使用两种不同的镜面高光，艺术家设计的镜面偏移和指数，噪声纹理)。他还建议使用多边形的三道渲染通道(不透明的、透明的背面和正面)来模拟头发的“体积”质量。
• 我听过的大多数游戏似乎都是用Scheuermann的方法来遮光头发。然而，这并不是一个节能的解决方案。尽管如此，我认为d‘’Eon试图在2011年的paper.中解决这个问题--另一个令人感兴趣的话题是使用recently，最近也被用来代替多边形方法并单独模拟发丝。

离线渲染世界试图解决更高级的挑战。我认为其中大多数都是在上面的参考文献中描述的。