如果要为电影，游戏或其他类型的项目创建在虚拟环境中显示的人类角色，我们通常需要获取人体的几何表示及其散射参数（用于表达人体几何表示与场景光线之间的交互）。牙齿不仅需要通过光与表面的交互来定义，同时需要通过其内部几何形状和口内环境来定义，所以这提出了一个独特的挑战。

 

因此，迪士尼提出了一种专门用于捕捉真人牙齿光学特性的系统，用以支持在计算机图形中重新渲染它们。研究人员在传统的多相机与光源设置中获取的口腔内环境数据，并且利用了口腔扫描的精确几何形状。为了模拟反向渲染期间口腔中光线的复杂相互作用，他们采用了基于衍生路径追踪的新型管道来参照牙齿表面的光学性质和几何形状。

 

迪士尼指出，最终的外观能够忠实地还原真人牙齿，并且可直接用于传统的路径追踪框架以渲染虚拟人类。

参考牙齿与渲染牙齿的比较

迪士尼指出，尽管相关领域已存在大量的研究，特别是在医疗牙科领域，但捕捉牙齿形状及其在口腔内的位置，并且获取它们的光学性质一直是个挑战。他们的研究旨在进一步克服当前牙齿外观捕捉系统的局限，通过捕捉牙齿的光学属性来逼真地在虚拟环境中再现牙齿外观。

 

迪士尼研究团队表示：“我们的研究补充了现有的形状重建方法，如口腔内扫描或口腔外适配。”他们利用了通过口腔内扫描和片段获取的几何参数，并根据Wu等人的说法[2016]等方法从多个视角和多种照明条件对嘴部区域进行成像，通过这种方法获取了外观数据。

牙齿数据获取与几何对齐

为了模拟口腔内光线的复杂交互和牙齿体积，迪士尼团队利用了一个修改过的路径追踪框架来估算导数与优化参数的关系，并同时执行常规渲染。基本上，他们的方法迭代解决了整个可见场景下的辐射传递整数。此外，我们不仅只是优化了散射参数（反照率，密度，表面纹理），同时还优化了几何参数（牙本质表面形状）。研究人员根据基本的牙釉质形状建模了牙本质形状，并将其作为一组变形，从而能够在优化循环中以参数进行控制。

 

因此，他们能够预测近似形状，以及隐藏的牙本质对牙齿外观的影响。迪士尼指出：“我们的解决方案在视觉保真度上优于先前的方法。据我们所知，尚未有人探索了使用可变形形状来表示隐藏结构的方法，而这代表可微分路径追踪领域的一个贡献。我们相信我们的框架足够通用，可以成功应用于其他情况，例如有机组织的外观捕捉（皮肤，水果，植物），半透明宝石和其他人造对象。”

 

相关论文：Appearance Capture and Modeling of Human Teeth

 

迪士尼利用了从口腔科获取的一颗坏死牙齿来验证他们的解决方案，并进一步应用于实际的被试身上。他们指出：“在这两种情况下，我们的方法都能够逼真地创建了牙齿的整体外观。由于应用于优化循环的主要框架是基于路径追踪，由此得到的参数只需小幅度的修改即可用于重新渲染牙齿。”