迪士尼提出了一種專門用於逼真捕捉真人牙齒光學特性的系統

文章相關引用及參考：映維網

可直接用於傳統的路徑追蹤框架

（映維網 2018年12月29日）如果要為電影，遊戲或其他類型的項目創建在虛擬環境中顯示的人類角色，我們通常需要獲取人體的幾何表示及其散射參數（用於表達人體幾何表示與場景光線之間的交互）。牙齒不僅需要通過光與表面的交互來定義，同時需要通過其內部幾何形狀和口內環境來定義，所以這提出了一個獨特的挑戰。

因此，迪士尼提出了一種專門用於捕捉真人牙齒光學特性的系統，用以支持在計算機圖形中重新渲染它們。研究人員在傳統的多相機與光源設置中獲取的口腔內環境數據，並且利用了口腔掃描的精確幾何形狀。為了模擬反向渲染期間口腔中光線的複雜相互作用，他們採用了基於衍生路徑追蹤的新型管道來參照牙齒表面的光學性質和幾何形狀。

迪士尼指出，最終的外觀能夠忠實地還原真人牙齒，並且可直接用於傳統的路徑追蹤框架以渲染虛擬人類。

參考牙齒與渲染牙齒的比較

迪士尼指出，儘管相關領域已存在大量的研究，特別是在醫療牙科領域，但捕捉牙齒形狀及其在口腔內的位置，並且獲取它們的光學性質一直是個挑戰。他們的研究旨在進一步克服當前牙齒外觀捕捉系統的局限，通過捕捉牙齒的光學屬性來逼真地在虛擬環境中再現牙齒外觀。

迪士尼研究團隊表示：「我們的研究補充了現有的形狀重建方法，如口腔內掃描或口腔外適配。」他們利用了通過口腔內掃描和片段獲取的幾何參數，並根據Wu等人的說法[2016]等方法從多個視角和多種照明條件對嘴部區域進行成像，通過這種方法獲取了外觀數據。

牙齒數據獲取與幾何對齊

為了模擬口腔內光線的複雜交互和牙齒體積，迪士尼團隊利用了一個修改過的路徑追蹤框架來估算導數與優化參數的關係，並同時執行常規渲染。基本上，他們的方法迭代解決了整個可見場景下的輻射傳遞整數。此外，我們不僅只是優化了散射參數（反照率，密度，表面紋理），同時還優化了幾何參數（牙本質表面形狀）。研究人員根據基本的牙釉質形狀建模了牙本質形狀，並將其作為一組變形，從而能夠在優化循環中以參數進行控制。

因此，他們能夠預測近似形狀，以及隱藏的牙本質對牙齒外觀的影響。迪士尼指出：「我們的解決方案在視覺保真度上優於先前的方法。據我們所知，尚未有人探索了使用可變形形狀來表示隱藏結構的方法，而這代表可微分路徑追蹤領域的一個貢獻。我們相信我們的框架足夠通用，可以成功應用於其他情況，例如有機組織的外觀捕捉（皮膚，水果，植物），半透明寶石和其他人造對象。」

相關論文：Appearance Capture and Modeling of Human Teeth

迪士尼利用了從口腔科獲取的一顆壞死牙齒來驗證他們的解決方案，並進一步應用於實際的被試身上。他們指出：「在這兩種情況下，我們的方法都能夠逼真地創建了牙齒的整體外觀。由於應用於優化循環的主要框架是基於路徑追蹤，由此得到的參數只需小幅度的修改即可用於重新渲染牙齒。」

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