[發明專利]一種基于光線跟蹤的毛發渲染方法

有效

• 申請號: 201210505033.2
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102982575A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 秦昊
• 申請（專利權）人: 杭州挪云科技有限公司
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明設計圖形繪制技術領域，尤其涉及一種用于毛發渲染的光線跟蹤方法。

背景技術

毛發是虛擬形象化中最重要的特性，而且絕大多數電影以及游戲中的虛擬角色中都應用了毛發。

傳統的對于毛發的高質量渲染主要依賴于光線跟蹤。Hou等人將發絲細分成微多邊形，然后通過優化的光線跟蹤進行渲染，具體可參考HOU,Q.,QIN,H.,LI,W.,GUO,B.,AND?ZHOU,K.2010.Micropolygon?ray?tracing?with?defocus?and?motion?blur.ACM?Trans.Graph.29(July),64:1–64:10。Nakamaru等人將發絲作為一種特殊的幾何表達直接進行光線跟蹤，參見NAKAMARU,K.,AND?OHNO,Y.2002.Ray?tracing?for?curves?primitive.In?WSCG,311–316。無一例外的，毛發的精細結構對于采樣和反走樣形成了很大的難度，這些方法都需要很高的采樣率才能保證無失真的高質量渲染。

光束追蹤技術是對于光線跟蹤技術的一種擴展，即進行跟蹤的不在是一條線而是一條光束。這類技術旨在解決傳統光線跟蹤面臨的采樣不足問題。具體光束的形狀可分為棱柱，圓錐和超立方體，具體構造方式可分別參考HECKBERT,P.S.,AND?HANRAHAN,P.1984.Beam?tracing?polygonal?objects.SIGGRAPHComput.Graph.18(January),119-127、AMANATIDES,J.1984.Ray?tracing?with?cones.SIGGRAPH?Comput.Graph.18(January),129-135、ARVO,J.,AND?KIRK,D.1987.Fast?ray?tracing?by?ray?classification.SIGGRAPH?Comput.Graph.21(August),55-64。Igehy提出了一種將光束的作用范圍表示為導數的方法來處理光束與場景間的互動，光線導數的定義可參考IGEHY,H.1999.Tracing?ray?differentials.In?ACM?SIGGRAPH,179-186。由于這一類方法有效地考慮了光束范圍內的所有可能的光線，所以他們可以緩解傳統光線跟蹤采樣不足的問題。然而構造光束以及考慮光束與場景物體間作用的計算復雜度往往高于只考慮單根光線。所以針對場景中不同類別的物體通常需要特定的光束跟蹤方法。

Wand等人提出了一種將具有各向異性的光錐與預先濾波的點集求交的方法，并且應用了一個層次結構用于加速，具體可見WAND,M.,AND?STRASSER,W.2003.Multi-resolution?point-sample?raytracing.In?Graphics?Interface,139-148。然而他們的方法并不適合毛發渲染，為了避免很細的毛發模糊在一起，其方法要求點之間的距離必須超過毛發之間的距離，這就使得點集的密度超過實際可承受的程度。Lacewell等人將該方法用于計算聚集體（如灌木叢或頭發）的陰影，首先在一個體加速結構上預計算存儲方向性的遮擋率，然后在運行時有效地計算軟影和環境光遮擋。然而，由于該方法的光線與頭發求交非常近似，其并不能用于頭發的視線處理。

針對毛發的光束追蹤技術主要面臨兩個前人未能解決的挑戰。其一是光錐與發絲求交的計算復雜性。精確地計算這些求交要求高的采樣率，這與降低采樣率的初衷相違。第二個挑戰是處理光錐內帶有透明效果的可見性問題。精確計算該可見度需要大量的圓錐采樣，帶來高昂的透明計算代價。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于光線跟蹤的毛發渲染方法。本發明用于進行毛發及其鏡頭特效（折射、反射以及精深）的高質量渲染。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于光線跟蹤的毛發渲染方法，該方法包括了以下步驟：

（1）將發絲細分成帶形，并對所有的帶形建立包圍體加速結構；

（2）根據場景光線跟蹤的信息生成光錐，遍歷包圍體加速結構，得到可能與圓錐相交的帶形；

（3）計算圓錐與表示發絲的帶形的相交，并合成采樣結果；

（4）將毛發采樣的結果與場景光線跟蹤的結果進行合成，生成最終圖像。