自然界中很多类型的玉石材质是由不同的元素混合而成的,在材质内部各个部位的散射光线和吸收光线的行为各不相同,很难从现实中获取该类材质准确的光学参数。本文设计实现了一种基于图像的非均匀半透明玉石材质的逆向渲染方法。该方法根据某种类别材质的玉石照片构建出材质的空间分布样式,并估计出非均匀材质的散射系数、吸收系数等光学参数,使用蒙特卡罗光线步进算法进行渲染。本文估计的光学参数在物理上并不是精确的,但是可以渲染出与照片中的玉石非常相近的结果。本文的主要研究成果包括:(1)提出了一种基于图像的玉石材质分布估算模型。首先使用三维Simplex噪声结合分形布朗运动初始化材质空间分布模型,然后使用直方图匹配算法,将噪声数据直方图匹配照片的直方图,为噪声数据着色,使噪声的颜色与纹理与玉石照片接近。(2)设计并实现了基于噪声数值的光学参数初始化算法,以及基于图像直方图的光学参数迭代优化算法。光学参数初始化过程能够将直方图匹配后的噪声数值映射为材质的光学参数,渲染与照片有一定相似度的结果。优化光学参数的迭代过程将渲染图片与输入照片的直方图进行比较,根据比较结果调整光学参数数值,能够有效的缩小渲染图片与照片的差异,使渲染的结果逐步逼近照片中玉石的效果。算法输出了最后一次迭代的渲染结果以及包含了优化后光学参数的三维体积数据,可以与不同的网格模型结合在不同的光源和视角下进行渲染。(3)使用了不同类别的非均匀玉石照片作为输入对本文的算法进行了测试,对本文算法的有效性进行了证明。实验结果证明,使用本文算法渲染的图像与照片中的玉石具有非常高的相似度。