Welche Effekte muss ich für die Iris des Auges berücksichtigen?

Die Iris (der bunte Ring, der die Pupille des Auges umgibt) ist mit einer Wasserschicht bedeckt und scheint undurchsichtige Elemente zu haben, die in transparente und durchscheinende Elemente eingebettet sind. Welche Effekte muss ich modellieren, damit die Iris aus der Nähe realistisch erscheint (die Iris nimmt mehr als 20% der Bildfläche ein)?

Ist eine Streuung unter der Oberfläche notwendig oder ist die Transparenz ausreichend? Ist es notwendig, Licht aus dem Auge zu berücksichtigen, das über die Pupille eingedrungen ist, oder kann die Rückseite der Iris als vollständig undurchsichtig angesehen werden? Gibt es andere Effekte, die ich nicht berücksichtigt habe?

Ich möchte Standbilder offline produzieren - der Ansatz muss nicht in Echtzeit funktionieren.

Bisher habe ich versucht, das Auge mit einem dünnen transparenten Film zu bedecken, um eine Wasserschicht zu simulieren, und die Iris als Abschnitt einer transparenten Kugel mit farbigen transparenten radial angeordneten Strängen zu behandeln, die versetzt sind, wenn sie von vorne nach hinten geschichtet werden. Um unerwünschte Lichteffekte durch Licht zu vermeiden, habe ich die Iris mit einem mattschwarzen Kugelabschnitt hinterlegt. Dies scheint immer noch ein Auge zu geben, das etwas künstlich (anorganisch) und nicht verbunden aussieht.

Ich versuche, diese Arbeit mit geometrischen Grundelementen wie Kugeln, Kegeln und Zylindern zu machen, aber ich bin offen für einen Ansatz mit Dreiecksnetzen, wenn dies neue Möglichkeiten eröffnet.

Für eine realistische Iris benötigen Sie:

1. Geometrie : Iriden sind für verschiedene Menschen sehr unterschiedlich und ihr Aussehen ändert sich drastisch, je nachdem, ob die Pupille erweitert ist (Sphicter-Muskel entspannt) oder nicht. Mit Primitiven kommen Sie nicht weiter. Die gesamte Struktur ist wie ein dickes, dehnbares, faltiges Tuch, das in Wasser hängt. Falten erscheinen und verschwinden, wenn sie sich bewegen. Verwenden Sie eine Bildhauersoftware und ein Anatomie-Lehrbuch.

2. Material : Die Iris ist fast nicht spiegelnd, da sie in (grundsätzlich) Wasser suspendiert ist, das einen ähnlichen Brechungsindex wie Gewebe aufweist. Ich kenne die Rauheitswerte nicht, da ich noch nie eine trockene Iris gesehen habe. Mit dem GGX-Spiegelmodell sieht die Rauheit 0,4 in Ordnung aus. Braune Iris scheint rauer zu sein, fast wie sehr feiner Sand. Ein Schattierungsmodell, das Rauheit in der diffusen Komponente verwendet, wäre schön.

3. Texturen : Während einige bunt sind, ist die überwiegende Mehrheit der Iriden auf der Welt braun. Sie brauchen nicht zu viel Variation innerhalb der Textur, es kann ziemlich gleichmäßig sein. Machen Sie es relativ gesättigt und versuchen Sie nicht, auf Geometrie innerhalb der Textur hinzuweisen, indem Sie dunkle Bereiche für Schatten oder Okklusion zeichnen. Habe eine normale Karte. Wenn das Auge animiert ist, müssen Sie mindestens zwei normale Karten für die erweiterte und die nicht erweiterte Pupille mischen. Ich glaube nicht, dass Sie eine Rauheitskarte brauchen, aber besonders für blaue Iris könnte es helfen.

4. Brechung und Reflexion an der Hornhaut: Die Hornhaut (die sie bedeckende Flüssigkeitsschicht) wirkt als Linse. Dies verzerrt das von der Kamera gesehene Bild der Iris. Ohne dies wird es nicht echt aussehen, besonders wenn man das Auge von der Seite betrachtet. Das Ungewöhnliche am Auge ist, dass sich das Objekt aus grafischer Sicht im Inneren befindetDie Linse. Es wird also keine dünne Linsengleichung zu Ihrer Rettung kommen. Sie müssen das Licht an der Grenzfläche zwischen Tränenschicht und Luft einmal brechen. Die anderen Grenzflächen (Tränenschicht zur Außenseite der Hornhaut, Schichten und Membranen innerhalb der Hornhaut, innerhalb der Hornhaut zur Kammerflüssigkeit) sind nicht relevant, da die Brechungsindizes alle sehr ähnlich sind oder die Strukturen extrem dünn sind. Die einzige andere optisch wichtige Struktur ist die Linse, die sich hinter der Iris befindet und ignoriert werden kann. Die Form der Hornhaut ist kritisch, da sie alles verzerrt. Menschen mit Hornhautdeformationen wie einem Keratokonus haben seltsam aussehende Augen. Auch die ganze Szene muss über die Hornhaut / Flüssigkeit reflektieren. Wir erwarten Reflexionen von Lichtquellen über der Iris / Pupille.

5. Der Limbus : Wenn man frontal auf das Auge schaut, sieht man einen grauen Ring um die Iris. Dies ist der Teil, in dem die Hornhaut in die Sklera (das "Weiß" des Auges) übergeht und von transparent zu nicht transparent übergeht. Anatomisch gesehen befindet sich hinter dem Limbus der Iridocornealwinkel, bei dem die Iris auf den Rest des Auges trifft. Dieser Bereich ist aufgrund der oben erwähnten Brechung nicht zu sehen. Es ist buchstäblich ein Ort, der noch nie Licht gesehen hat. Von dort emittiertes Licht erfährt an der Grenzfläche der Hornhaut eine totale innere Brechung, die man von außen nicht betrachten kann. Daher sieht es sehr, sehr seltsam aus, wenn der Übergang von der Iris zum Rest des Auges sichtbar ist. Sie benötigen sowohl die Brechung als auch den allmählichen Übergang von der Hornhaut zur Sklera, um diesen Übergang richtig zu machen.

6. Streuung unter der Oberfläche : Sie könnten möglicherweise ohne sie auf der Iris selbst davonkommen, da niemals Licht von hinten kommt, insbesondere bei einer braunen Iris (stärker pigmentiert -> stärkere Dämpfung während der Streuung). Für einige Lichtrichtungen wird es jedoch einen Unterschied machen. Und Sie brauchen es sowieso auf der umgebenden Haut und Sklera. Aber es ist nicht der wichtigste Effekt.

7. Umgebungsokklusion : Sie benötigen eine gute SSAO (oder GI ), um die Feinstruktur hervorzuheben. Es gibt fast kein Spiegelbild, daher benötigen Sie andere visuelle Hinweise für die Geometrie. Wählen Sie eine Methode, die Ihre Normalen verwendet, aus der normalen Karte. HBAO wird gut funktionieren. Für das Offline-Rendering wird der GI von Ihrem Renderer Ihrer Wahl durchgeführt.

8. Beleuchtung : Die Verwendung einer physikalisch basierten Methode ist selbstverständlich. Bildbasierte Beleuchtung, insbesondere für die Hornhautreflexion. Unter bestimmten Winkeln kann auch die Lichtbrechung an der Hornhaut relevant werden (nur für analytisches Licht). Nachbearbeitung (Blüte), insbesondere für den Hornhautreflex.

Rückgestreutes Licht von der Netzhaut ist für normale Zwecke völlig irrelevant, obwohl es bei einigen medizinischen Untersuchungen unter sehr extremen Betrachtungsbedingungen durch die Iris gesehen werden kann. Grundsätzlich die Netzhaut schwarz streichen. Wenn Sie so weit gehen möchten, können Sie der Netzhautfarbe ein wenig Orangerot hinzufügen, wenn ein starkes Licht aus einer Richtung kommt, die der Kamera sehr ähnlich ist und die Pupille erweitert ist (wie ein Blitz von einer Kamera). Aber es wird immer noch nicht stark genug sein, um bei weitem durch die Iris zu scheinen. Schwarz ist eine gute Annäherung.

Diese Liste sieht groß aus, aber Sie haben nach Fotorealismus gefragt;) Es wird immer noch gut aussehen, wenn Sie nur die einfache Hälfte machen und den Rest vortäuschen.

(Quelle: Ich programmiere Grafiken für medizinische Simulationen mit Schwerpunkt auf dem menschlichen Auge.)

Material:

• Anatomisch genaue Modellierung und Darstellung des menschlichen Auges (2007)
• Hochwertige Erfassung von Augen (Disney Research, Siggraph Asia 2014)