2018年12月29日，如果要為電影，游戲或其他類型的項(xiàng)目創(chuàng)建在虛擬環(huán)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(shù)(用于表達(dá)人體幾何表示與場(chǎng)景光線之間的交互)。牙齒不僅需要通過(guò)光與表面的交互來(lái)定義，同時(shí)需要通過(guò)其內(nèi)部幾何形狀和口內(nèi)環(huán)境來(lái)定義，所以這提出了一個(gè)獨(dú)特的挑戰(zhàn)。

　　因此，迪士尼提出了一種專門用于捕捉真人牙齒光學(xué)特性的系統(tǒng)，用以支持在計(jì)算機(jī)圖形中重新渲染它們。研究人員在傳統(tǒng)的多相機(jī)與光源設(shè)置中獲取的口腔內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，并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復(fù)雜相互作用，他們采用了基于衍生路徑追蹤的新型管道來(lái)參照牙齒表面的光學(xué)性質(zhì)和幾何形狀。

　　迪士尼指出，最終的外觀能夠忠實(shí)地還原真人牙齒，并且可直接用于傳統(tǒng)的路徑追蹤框架以渲染虛擬人類。

　　迪士尼指出，盡管相關(guān)領(lǐng)域已存在大量的研究，特別是在醫(yī)療牙科領(lǐng)域，但捕捉牙齒形狀及其在口腔內(nèi)的位置，并且獲取它們的光學(xué)性質(zhì)一直是個(gè)挑戰(zhàn)。他們的研究旨在進(jìn)一步克服當(dāng)前牙齒外觀捕捉系統(tǒng)的局限，通過(guò)捕捉牙齒的光學(xué)屬性來(lái)逼真地在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)牙齒外觀。

　　迪士尼研究團(tuán)隊(duì)表示：“我們的研究補(bǔ)充了現(xiàn)有的形狀重建方法，如口腔內(nèi)掃描或口腔外適配。”他們利用了通過(guò)口腔內(nèi)掃描和片段獲取的幾何參數(shù)，并根據(jù)Wu等人的說(shuō)法[2016]等方法從多個(gè)視角和多種照明條件對(duì)嘴部區(qū)域進(jìn)行成像，通過(guò)這種方法獲取了外觀數(shù)據(jù)。

　　為了模擬口腔內(nèi)光線的復(fù)雜交互和牙齒體積，迪士尼團(tuán)隊(duì)利用了一個(gè)修改過(guò)的路徑追蹤框架來(lái)估算導(dǎo)數(shù)與優(yōu)化參數(shù)的關(guān)系，并同時(shí)執(zhí)行常規(guī)渲染。基本上，他們的方法迭代解決了整個(gè)可見場(chǎng)景下的輻射傳遞整數(shù)。此外，我們不僅只是優(yōu)化了散射參數(shù)(反照率，密度，表面紋理)，同時(shí)還優(yōu)化了幾何參數(shù)(牙本質(zhì)表面形狀)。研究人員根據(jù)基本的牙釉質(zhì)形狀建模了牙本質(zhì)形狀，并將其作為一組變形，從而能夠在優(yōu)化循環(huán)中以參數(shù)進(jìn)行控制。

　　因此，他們能夠預(yù)測(cè)近似形狀，以及隱藏的牙本質(zhì)對(duì)牙齒外觀的影響。迪士尼指出：“我們的解決方案在視覺(jué)保真度上優(yōu)于先前的方法。據(jù)我們所知，尚未有人探索了使用可變形形狀來(lái)表示隱藏結(jié)構(gòu)的方法，而這代表可微分路徑追蹤領(lǐng)域的一個(gè)貢獻(xiàn)。我們相信我們的框架足夠通用，可以成功應(yīng)用于其他情況，例如有機(jī)組織的外觀捕捉(皮膚，水果，植物)，半透明寶石和其他人造對(duì)象。”

　　迪士尼利用了從口腔科獲取的一顆壞死牙齒來(lái)驗(yàn)證他們的解決方案，并進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)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(chuàng)建了牙齒的整體外觀。由于應(yīng)用于優(yōu)化循環(huán)的主要框架是基于路徑追蹤，由此得到的參數(shù)只需小幅度的修改即可用于重新渲染牙齒。”