[發明專利]一種包含模糊反射效果的3D虛擬場景的左右眼立體畫面繪制方法

無效

• 申請號: 201110225275.1
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102306401A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;范靜濤;蔣振剛;李巖芳;馮欣;權巍;張育力;薛耀紅;宋小龍;曲福恒;從立鋼
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于真實感3D虛擬場景繪制技術領域，涉及一種包含模糊反射效果的3D虛擬場景的左右眼立體畫面繪制方法。

背景技術

三維動畫電影作為近年來新興的計算機藝術，發展勢頭非常迅猛，已經在許多行業得到了廣泛的應用。為了產生更強的視覺沖擊力，目前很多三維動畫電影都具有立體視覺效果。立體視覺效果的基本原理是，觀眾在觀看動畫電影時，左右眼能分別互不干擾地看到左右眼虛擬相機拍攝的圖像畫面，再通過人腦的合成，最終產生畫面的入屏或者出屏效果。

為了提高三維動畫電影畫面的真實感，往往要求在繪制的圖像中加入全局光照效果。實現全局光照效果的關鍵是，正確地模擬3D虛擬場景中的不同物體表面對光的反射過程。在三維圖形繪制中，常見的光照反射類型有：鏡面反射(Specular?Reflection)、漫反射(Diffuse?Reflection)和模糊反射(Glossy?Reflection)。鏡面反射和漫反射實際上可以看成是模糊反射的特例。通常使用雙向反射分布函數(BRDF)來建模物體表面對光的反射特性。2004年Pascal?Gautron等人提出用半球諧和基函數來表示半球域函數(Hemispherical?Functions)(見2004年歐洲圖形學學會出版的Eurographics?Symposium?on?Rendering會議論文集中的論文《A?Novel?Hemispherical?Basis?for?Accurate?and?Efficient?Rendering》，作者Pascal?Gautron，Jaroslav?Krivanek，Sumanta?Pattanaik，Kadi?Bouatouch)。由于3D虛擬場景中的物體表面的BRDF和入射輻射亮度等物理量實際上都屬于半球域函數，因此可以用半球諧和基函數來表示。

傳統的3D虛擬場景立體畫面繪制方法采用分別獨立繪制左右眼虛擬相機的圖像畫面的方式來實現立體畫面的繪制。模糊反射是真實感3D虛擬場景中的一種常見光照反射類型。然而，由于模糊反射的出射光照值與觀察角密切相關，而3D虛擬場景中的同一點相對于左右眼虛擬相機的觀察角通常并不相等。因此，3D虛擬場景中的物體表面上的同一點在左右眼虛擬相機的圖像畫面的像素中所表現出的光照值通常并不完全相等，這使得左眼虛擬相機的圖像畫面的模糊反射光照計算結果難以直接在右眼虛擬相機的圖像畫面中復用。本發明利用半球諧和基函數來表示3D虛擬場景中的物體表面的BRDF和入射輻射亮度，通過入射輻射亮度緩存實現已有計算結果的重用，以便提高包含模糊反射效果的3D虛擬場景的左右眼立體畫面繪制的速度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種包含模糊反射效果的3D虛擬場景的左右眼立體畫面繪制方法。本發明方法需要的設備包括：帶有雙核CPU和共享內存的計算機系統。如圖1所示，當左眼虛擬相機(101)和右眼虛擬相機(102)能同時拍攝到3D虛擬場景中的物體(105)的表面上的點p₁、點p₂和點p₃時，點p₁、點p₂和點p₃的光照值將分別保存在左眼虛擬相機(101)的像平面(103)和右眼虛擬相機(102)的像平面(104)上的像素中。首先將3D虛擬場景中的漫反射和模糊反射表面的雙向反射分布函數(Bi-directional?Reflectance?Distribution?Function，縮寫為BRDF)展開成低階半球諧和基函數(Hemispherical?Harmonics?Basis?Function，縮寫為HSHBF)的累加和的形式，把各階HSHBF的系數保存在共享內存中并與該表面的BRDF相關聯。然后在雙核CPU上同時繪制左眼虛擬相機(101)的圖像畫面和右眼虛擬相機(102)的圖像畫面，將漫反射和模糊反射表面點的入射輻射亮度展開成低階HSHBF的累加和的形式，并保存在入射輻射亮度緩存中，通過基于梯度的入射輻射亮度插值計算，實現入射輻射亮度計算結果的重用，從而提高3D虛擬場景的左右眼立體畫面的繪制速度。

本發明方法提供一種入射輻射亮度記錄項數據結構，其包括位置分量、局部坐標系分量、HSHBF展開系數分量、HSHBF展開系數平移梯度分量等成員變量。