[转载]立体涂鸦的草图渲染

[转载]立体涂鸦的草图渲染 – C++ Minor – 博客园.

立体涂鸦（3D Street Painting, 3D Chalk Art, 3D Graffiti…）是一种很有意思的东西。前些年在网上经常能看到国外玩家的作品，比如这里；最近也有些国内的作品出现，比如这里。这玩意的原理其实很简单，比如前几天就有牛人写了一篇教程。我以前也尝试弄过，不过我对3d max不是很熟，也没有数码相机，没有他搞得那么专业，就是先渲染一张图，然后用light的projector map打在一个平面上，看起来效果也还不错。

当然，如果不借助于3d max这样的软件，自己写个程序直接渲染出立体涂鸦的草图也并不是件难事。比如有一个模型o，放在一张纸p上，摄像机的位置为c，那么需要做的仅仅就是将 模型o中的任意顶点v按照cv的方向投影到p上。也可以把摄像机看成是一个光源，那么这里需要得到的就是o投影到p上的阴影。为了做到这一点，大概可以有 以下一些方法：

1. 光线跟踪。如果手头上有现成的光线跟踪程序，那么只需将摄像机的成像窗口设为p的区域即可。
2. 纹理采样。首先按照正常的 方式渲染出o和p到一个RT中，然后再进行一个后处理的pass，对上一步得到的RT进行采样（类似于Shadow Map)。当然，这里也会有under-sampling的问题，但是从摄像机视角来看，分辨率总是一致的，因此不会有太大的走样。
3. 修改观察矩阵和投影矩阵，这个应该是最简单的了，怎么修改下面会具体讲（都可以利用api而不需要手动对矩阵进行修改）。

现在来详细说说第三种方法。在正常的渲染模式下，摄像机的方向v以及投影近平面n的关系如下图所示：

在上图中，摄像机的方向v正对着物体o，投影近平面n与v相垂直，且v与n的交点刚好位于n的正中心。为了渲染出涂鸦的草图，我们需要做以下调整：

1. 将摄像机的方向v调整到与p所在的平面相垂直。这个很简单，一个LookAt或者SetDirection之类的函数就搞定。注意，若新的视线方向与y轴平行（即p位于xz平面），最好重新设置一下摄像机的up vector，否则可能会出错。
2. 调整投影近平面，使得摄像机的观察范围正好将p包括进内。这个可以用glFrustum，setFrustumExtents之类的函数进行设置。

调整后的摄像机观察方向以及投影近平面如下图所示，此时v与n的甚至连交点都没有了。

好了，现在再来渲染一下看看，虽然看上去可能会有点变形，但是换个角度观察（最好用相机，手机也成，实在不行就闭上一只眼睛），说不定就能发现惊喜，比如下图就是一个例子：（用手机对着显示器拍的，模型是ogre中自带的knot）

最后再帖一个视频，也是ogre中自带的一个模型，效果不太好，将就一看吧：