[發(fā)明專利]GPU并行光線追蹤渲染方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210274213.4
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102855655A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭立國;門慧勇;詹亞坤
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林禹碩動漫游戲科技股份有限公司
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06;G06T13/20
• 代理公司: 長春眾益專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 22211
• 代理人: 趙正

技術(shù)領(lǐng)域

??????本發(fā)明屬于動畫制作領(lǐng)域，涉及一種GPU并行光線追蹤渲染方法。

背景技術(shù)

??????真實(shí)感動畫需要模擬光線在場景中進(jìn)行傳播所發(fā)生的各種物理現(xiàn)象，如多次的反射、折射、投影等。這不僅需要對場景中各種物體的幾何屬性和材質(zhì)屬性的精確描述，還需進(jìn)行多次反射、折射帶來的極其復(fù)雜的求解計(jì)算，這使得渲染一幅真實(shí)感圖像需要很長的時(shí)間，圖形學(xué)領(lǐng)域的很多研究都集中在如何更好地實(shí)現(xiàn)全局光照算法，在很短的時(shí)間內(nèi)生成高質(zhì)量的圖像上。

??????在三維數(shù)字動畫制作過程中，渲染是一個(gè)及其重要的環(huán)節(jié)，它對產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。以往的渲染方法，如光柵渲染，有著很多“先天不足”的問題，在細(xì)節(jié)渲染上可能存在嚴(yán)重的失真、無法簡單地實(shí)現(xiàn)全局光照、無法繪制出準(zhǔn)確細(xì)膩的陰影效果等問題，而光線跟蹤能方便地模擬生成復(fù)雜的光照效果，生成高質(zhì)量的圖像。但光線跟蹤算法的計(jì)算開銷較大，妨礙了其應(yīng)用效率。

發(fā)明內(nèi)容

??????本發(fā)明所要解決的問題在于提出一種GPU并行光線追蹤渲染方法，從而提高了渲染速度，并且使渲染光影效果逼真。

本方法采用空間位和GPU并行方法加速光線追蹤的速度，能渲染出最接近現(xiàn)實(shí)、細(xì)節(jié)最細(xì)膩逼真的畫面，且計(jì)算速度快，可以在實(shí)踐中得到很好地應(yīng)用，包括如下步驟：

??????對文件場景中的空間劃分空間位；

??????計(jì)算每個(gè)物體的最小包圍立方體；

??????計(jì)算包圍立方體經(jīng)過的空間位；

??????計(jì)算經(jīng)過每個(gè)像素點(diǎn)的逆向光線；

??????計(jì)算與光線相交的空間位，從而檢索到相關(guān)的物體；

??????計(jì)算檢索的物體與光線是否相交；

??????根據(jù)相交情況，生成反射光、折射光；

??????最后采用著色函數(shù)計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的顏色。

??????本發(fā)明所述的對文件場景中的空間劃分空間位，其特征在于，將空間分割為W×N×P個(gè)長寬高相等的空間位，其中W為x軸向分段數(shù)，N為y軸分段數(shù)，P為z軸方向分段數(shù)，并為每個(gè)空間位建立模型列表；

??????本發(fā)明所述的計(jì)算每個(gè)物體的最小包圍立方體，其特征在于，根據(jù)物體在世界坐標(biāo)系中XYZ的坐標(biāo)范圍，根據(jù)得到的坐標(biāo)范圍，計(jì)算出能夠?qū)⑽矬w包圍進(jìn)去的一個(gè)最小立方體；

??????本發(fā)明所述的計(jì)算包圍立方體經(jīng)過的空間位，其特征在于，通過包圍立方體的8個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)，找到對應(yīng)的8個(gè)空間位，再找到其包圍的其它空間位；這些空間位即為物體經(jīng)過空間位，但物體本身和最小包圍立方體之間存在空間范圍的差異，為減少工作的計(jì)算量，將此差異進(jìn)行忽略；

??????本發(fā)明所述的計(jì)算與光線相交的空間位，從而檢索到相關(guān)的物體，其特征在于，計(jì)算光線與這些物體的相交情況，并記錄與光線相交的最近點(diǎn)坐標(biāo)，并生成反射光、折射光，迭代計(jì)算；

??????本發(fā)明所述的采用著色函數(shù)計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的顏色，其特征在于，使用最近物體和最近值T來計(jì)算著色函數(shù)，以著色函數(shù)的結(jié)果填充該像素。

????本發(fā)明不僅能夠生成逼真細(xì)膩的渲染效果，而且采用GPU加快了渲染速度，能夠在實(shí)際中得到很好的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為空間位模型列表生成流程圖；

圖2為空間示意圖；

圖3為像素點(diǎn)第一相交模型確定流程圖；

圖4為光線跟蹤流程圖；

圖5為陰影驗(yàn)證流程圖；

圖6為采用空間位優(yōu)化與非空間位優(yōu)化效率比較圖。

具體實(shí)施方式

??????下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1給出了空間位列表的生成流程，具體過程如下：

??????（1）用S代表空間位，空間邊長為K。首先將三維空間分割為W×N×P個(gè)，W、N、P必須的取值必須要保證容納空間內(nèi)所有模型，結(jié)果如圖2所示，則????????????????????????????????????????????????。每個(gè)空間位所占的體積為K×K×K，每一個(gè)空間位對應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)（）。在空間坐標(biāo)系中，每一個(gè)空間位對應(yīng)一個(gè)正方體。假設(shè)，則其對應(yīng)的空間正方體的對角線兩個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為。

??????（2）建立起所有的空間位之后需要為每一個(gè)空間位建立模型列表，需要建立一個(gè)由空間位到模型的一對多關(guān)系。將所有空間位放入鏈表Slist，鏈表中內(nèi)容包括一個(gè)指向另一個(gè)鏈表Mlist的指針，Mlist用于存放所有經(jīng)過該空間的模型ID。