[發明專利]一種光照烘培的方法

無效

• 申請號: 201210215622.7
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102750728A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 王兆其;李楊;李淳芃
• 申請（專利權）人: 北京中科廣視科技有限公司
• 主分類號: G06T15/50
• 分類號: G06T15/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及計算機圖形學技術領域，尤其涉及一種光照烘培的方法。

背景技術

在計算機圖形學應用領域，全局光照效果發揮著重要的作用。這些效果一般包括軟陰影、間接光照、反射和折射等。然而，它們算法一般比較復雜且耗時，對于復雜的應用或場景，很難達到實時性能。目前比較普遍的解決方案，是提前將這些效果預計算好，然后把結果保存在頂點的屬性里或者以紋理的方式保存，也稱為烘焙。屬于該種類型的技術主要包括：輻射體(irradiance?volume)、預計算的輻射度傳播(pre-computed?radiance?transfer?PRT)、環境遮擋(ambient?occlusion)和軟陰影(soft?shadow)。

最近的商業軟件，比如3dsmax、Blender、Beast、Maya，都提供了強大的建模和烘焙工具。應用最廣的烘焙技術包括頂點烘焙和紋理烘焙。頂點烘焙將光照信息預計算并存儲在模型的頂點屬性里。這種技術一般需要較少的存儲，通過硬件插值操作來恢復原始光照信號。不過，對于面積比較大的三角形來說，這種方法一般不能重構出光照信號，因為它所依賴的硬件插值操作，目前還不能支持復雜的插值函數。這樣會造成一些走樣問題，比如光照的不連續現象。紋理烘焙，通常也成為光照圖技術，將光照信息存儲在紋理里面。由于紋理里面包含了更多的采樣并且硬件支持復雜的紋理過濾技術，這種方法一般可以產生高質量的實時視覺效果。不過，對于復雜場景來說，紋理以及紋理坐標一般會占用大量的存儲，這往往會對實時性能以及可用性產生很大的制約。

為了更好的利用紋理存儲，還有一類方法通過在頂點上存儲約簡的數據來代替紋理，從而減少實時繪制時的存儲。Mesh?Colors發表在2012年Transaction?on?Graphics的一篇文章。它在模型的頂點上存儲多個三角形內部的顏色采樣值。這種虛擬細分的方法不需要紋理方法中的參數化，而且還能避免紋理方法中縫隙不連續的走樣問題。不過，它需要通過片元著色器(fragment?shader)實現mip-map信號重構算法。這在紋理方法里是伴隨著硬件插值和光柵化之后，通過硬件實現的。因此這種方法會嚴重的影響實時的性能，只能用于比較小的場景里。最小二乘頂點烘焙(Least?Squares?Vertex?Baking)通過在頂點位置計算最小二乘意義的最優顏色解，從而達到最大的近似原始光照圖信號的目的。為了避免顏色梯度不連續，他們還提出一個修正項來最小化錯誤率從而保持最優解。這種方法比其他的頂點烘焙方法可以產生更精確的頂點顏色屬性，適合低頻光照場景以及充分細分后的場景。然而，對于一些粗糙的模型，比如包含稍大三角形的模型，即使使用該種方法，也很難得到好的效果。最近，一些研究者開始嘗試使用混合方法來解決這個問題。Schafer等人混合基于頂點和基于紋理的存儲方式。他們在高頻的區域，使用紋理的方法，低頻的地方就是用最小二乘意義的優化頂點顏色插值。通過這種方式恢復原始的光照圖信號。最后，他們融合兩種存儲方式，避免在接縫處的不連續。為了進一步約簡紋理數據存儲，同樣是Schafer等人在頂點處存儲多分辨率的屬性值，然后通過硬件細分操作實現近似紋理方法的效果。不過由于他們在數據結構上使用了不連續的內存布局(頂點、邊、面上的數據單獨存儲)，在實時繪制時，屬性的查詢制約了性能。

模型細分算法一直以來都是一個比較熱門的研究領域。Krivanek等人提出一種算法，可以在輻射度(Radiosity)預計算的時候，通過考慮相鄰面片的輻射度變化，從而在變化快的區域進一步細分。這種方法可以加快輻射度算法的預計算，不需要像傳統的均勻細分的方法一樣消耗大量的時間。Coombe等人提出一種硬件加速的逐步求精輻射度實現方法。他們在紋理空間細分面片，通過考慮輻射度梯度的變化量。不過這種方法僅能細分四邊形場景。后來Wallner改進了算法，可以支持任意的三角形場景的細分。Bosch等人提出一種基于自適應細分的交互性日光光照系統。它提供了一種自適應的模型細分方法。不過其細分算法依賴于迭代的可見性計算，這是個耗時很嚴重的步驟，限制了其性能。所有的上述細分方法，都是依賴于具體的渲染技術，比如輻射度、PRT等。

Schafer發表在Computer&Graphics2012(CG2012)的一篇文章，題目是Memory?Effi?cient?Light?Baking(內存有效的光照烘焙)，其要解決的問題是紋理烘焙過程中紋理存儲太多的問題。文章提出一種混合的光照烘焙方法，結合了頂點烘焙和紋理烘焙。具體的算法流程如下：