[發(fā)明專利]一種微多邊形光線跟蹤的著色重用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110371644.8
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN102521870A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯啟明;周昆
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖形繪制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向微多邊形的光線跟蹤方法。

背景技術(shù)

著色往往是電影品質(zhì)級繪制的性能瓶頸。這種繪制通常基于Reyes體系結(jié)構(gòu)，它使用微多邊形（micropolygon）來表示高階曲面或非常精細(xì)的對象。Reyes體系架構(gòu)和微多邊形的定義可參考：COOK,?R.?L.,?CARPENTER,?L.,?AND?CATMULL,?E.?1987;?The?Reyes?image?rendering?architecture.?SIGGRAPH?Computer?Graphics?21,?4?(August),?95–102。為了降低著色的代價，先進(jìn)的微多邊形渲染器（如?Pixar公司的RenderMan）對微多邊形的頂點進(jìn)行著色計算，進(jìn)而重用著色值算出每個可見性樣本（或反走樣樣本）的顏色，然后合成最終圖像。這樣的著色重用策略能讓著色率明顯低于可見性采樣率。對于需要很高可見性超采樣率的高質(zhì)量繪制（尤其是繪制散焦和運(yùn)動模糊效果時）而言，這一點顯得至關(guān)重要。

現(xiàn)有用于微多邊形繪制的著色重用方法大多為光柵化繪制流水線設(shè)計。這些方法一般將反射和折射等光線跟蹤效果視為著色的一部分，這導(dǎo)致所有反射/折射采樣均需做著色處理，從而帶來巨大的額外開銷。由于光線跟蹤在現(xiàn)代高品質(zhì)繪制中日益重要，這一問題可能成為未來各種應(yīng)用的主要障礙。本發(fā)明完成了一種用于高效微多邊形光線跟蹤、簡單卻有效的著色重用方法。與目前的微多邊形光線跟蹤算法相比，本發(fā)明的方法能將所需的著色計算量減小一個數(shù)量級，從而獲得顯著的性能提升。

大部分微多邊形繪制方法都能夠重用多個可見性采樣中代價不菲的著色計算。這些方法假定相鄰可見性采樣間的著色值是連續(xù)且不會有明顯變化的。現(xiàn)有的著色重用方法可分為對象空間方法和圖像空間方法。對象空間重用方法可參考COOK,?R.?L.,?CARPENTER,?L.,?AND?CATMULL,?E.?1987;?The?Reyes?image?rendering?architecture.?SIGGRAPH?Computer?Graphics?21,?4?(August),?95–102；BURNS,?C.?A.,?FATAHALIAN,?K.,?AND?MARK,?W.?R.?2010.?A?lazy?object-space?shading?architecture?with?decoupled?sampling.?In?Proceedings?of?HPG?2010,?19–28。圖像空間重用方法可參考RAGAN-KELLEY,?J.,?LEHTINEN,?J.,?CHEN,?J.,?DOGGETT,?M.,?AND?DURAND,?F.?2011.?Decoupled?sampling?for?graphics?pipelines.?ACM?Trans.?Graph.?30,?3?(May),?17:1–17:17。

Stoll等人將對象空間的著色重用引入光線跟蹤流水線，其方法可參考STOLL,?G.,?MARK,?W.?R.,?DJEU,?P.,?WANG,?R.,?AND?ELHASSAN,?I.?2006.?Razor:?An?architecture?for?dynamic?multi-resolution?ray?tracing.?Tech.?rep.,?The?University?of?Texas?at?Austin。他們使用光線導(dǎo)數(shù)（Ray?Derivative）來控制著色計算率。關(guān)于光線導(dǎo)數(shù)的定義可參考IGEHY,?H.?1999.?Tracing?ray?differentials.?In?Proceedings?of?ACM?SIGGRAPH?’99,?179–186。具體而言，他們保守地將衍生光線橫截面的最小寬度離散化為若干預(yù)定義的對象空間細(xì)分網(wǎng)格，接著對至少有一束光線入射的細(xì)分網(wǎng)格做著色計算。正如他們在技術(shù)報告中里提到的，當(dāng)出現(xiàn)高度的各向異性光線導(dǎo)數(shù)或明顯的過度細(xì)分時，這樣的方法會導(dǎo)致可觀的過量著色。為了避免對光線導(dǎo)數(shù)行為的依賴，本發(fā)明的方法使用最鄰近搜索來控制著色重用。這種搜索并不依賴細(xì)分，且能自適各向異性。