[發明專利]基于圖像映射空間的動態場景實時雙面折射繪制方法

無效

• 申請號: 200810241170.3
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101441774A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發明（設計）人: 趙沁平;李帥;郝愛民;趙永濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 成金玉;盧 紀

技術領域

本發明涉及一種基于圖像映射空間的動態場景實時雙面折射繪制方法，主要用于計算機三維場景繪制。

背景技術

折射是日常生活中較為常見的一種物理現象，如光線在水、玻璃、冰塊以及鉆石等材質中傳播時均會發生折射。折射現象的實時真實感繪制對提升虛擬場景的沉浸感具有極其重要的意義，因而這也是三維圖形實時逼真繪制領域的一個研究熱點。當光線從透明物體的前表面進入后，它首先會在前表面處發生一次折射，在光線從物體后表面射出時又會發生第二次折射，因此要逼真的繪制光線穿過透明物體的折射現象必須精確計算光線在物體前、后兩個表面所發生的二次折射。此外，在某些特殊的情況下，光線在透明物體內部還會發生一次或多次全反射，這也是真實感繪制算法必須考慮的問題。

較為簡單的折射繪制算法是只計算光線在透明物體前表面所發生的折射(參見文獻1-Lindholm，E.，Kligard，M.J.，and?Moreton，H.，A?user?programmable?vertex?engine，proceedings?of?SIGGRAPH，ACM，Erik?Lindholm，2001，PP.149-158.；文獻2-Schmidt，C.M.，Simulating?Refraction?Using?Geometric?Transforms，master’s?thesis?ofComputer?Science?Department，University?of?Utah，2003.；文獻3-Ofek，E.，andRappoport，A.，Interactive?reflections?on?curved?objects，proceedings?of?SIGGRAPH，1999，pp.333-342.)這類算法一般在GPU上計算出第一次折射光線的方向后，直接用這個方向訪問環境圖紋理，然后將取得的紋元顏色作為折射光線起點所對應的像素顏色繪制到屏幕上。這類算法毫無物理真實性可言，無法表現曲率較大的透明物體在折射其后面的物體時會發生景物上下或左右倒轉的現象。由于該類算法計算量小，并且其繪制效果可以滿足一些真實感要求不高的應用，因而目前這類算法還有一定的生存空間。

近期出現的基于圖像映射空間的算法可以較為精確的對雙面折射現象進行實時模擬。這類算法(參見文獻4-Kay，D.S.，and?Greenberg，D.，Transparency?for?computersynthesized?images，proceedings?of?SIGGRAPH，1979，pp.158-164.；文獻5-Diefenbach，P.and?Badler，N.，Multi-pass?pipeline?rendering：Realism?for?dynamic?environments，proceedings?of?the?Symposium?on?Interactive?3D?Graphics，1997，pp.59-70.；文獻6-Ohbuchi，E.，A?real-time?refraction?render?for?volume?objects?using?apolygon-rendering?scheme，proceedings?of?Computer?Graphics?International，2003，pp.190-195.和文獻7-[7]Wyman?Chris，An?approximate?image-space?approach?forinteractive?refraction，ACM?Transactions?on?Graphics，24，3，2005，pp.1050-1053.)在預計算模型前表面沿法向量反方向到模型后表面的距離的前提下，通過多遍繪制生成模型后表面的法向量浮點紋理以及前、后表面的深度浮點紋理，從而實現了透明物體基于圖像映射空間的近似雙面折射效果，但這類算法由于預計算而無法處理可變形模型，也無法處理全反射。后來的一些算法雖然在處理可變形物體及對周圍物體折射方面以及在處理全反射方面進行了改進，但是，目前還沒有一種全面的實時雙面折射算法可以同時處理可變形物體、可運動剛體、多次全反射以及透明物體后表面的出射光線對周圍物體的折射。