[發(fā)明專利]一種將球諧光照技術應用于面繪制的方法

有效

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• 申請日: 2013-09-04
• 公開（公告）號: CN103440684A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 邱航;陳雷霆;蔡洪斌;周川;陳瑜;曹躍;譚浩
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30;G06F17/50
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 陳亞石

技術領域

本發(fā)明涉及一種將球諧光照技術應用于面繪制的方法。

背景技術

球諧函數(shù)是一種與傅立葉變換類似的信號處理工具，2002年，Kautz等將其應用到了圖形學體繪制的光照模擬中，并得到了良好的效果與較高的繪制速度。此外，球諧函數(shù)在圖形學中的應用還包括表面重構，識別等領域。

對球諧光照理論的研究與應用多集中在光照模型建模以及求解方面，Kautz等在能量傳輸模型的基礎上建立了一個光照模型并使用球諧函數(shù)求解，以達到高效光照計算的目的；Alexander等對生物體中的光照進行模擬，并使用球諧函數(shù)高效求解；Zhong等人為了模擬場景中的動態(tài)陰影效果，在建立相應光照模型的基礎上進行求解。

由于球諧光照所考慮的光照模型是基于點的能量傳輸公式（Light?Transport），其在預計算過程中需要對單個點元進行采樣計算處理，故上述研究者都是使用基于點模型的體繪制進行最后的圖像渲染。然而，體繪制繪制的光柵化階段常常需要解決走樣，點元縮放以及GPU繪制支持等問題，在某種程度上影響了繪制效率。

相反，面繪制中并不需要考慮體繪制中存在的上述問題，但是卻無法直接使用球諧光照技術。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種將球諧光照技術應用于面繪制的方法，其使用紋理回填的方法使球諧光照技術可以應用到面繪制中。為此，首先對面模型中的每個面片進行離散采樣將其轉換為點模型；然后通過球諧光照方法得到每個點的球諧系數(shù)組；根據(jù)每個面離散出來的點及其對應的球諧系數(shù)組，通過紋理回填的方法為每個面生成一組球諧系數(shù)紋理；最后使用面繪制的方法對面模型進行繪制，通過GPU渲染管線進行編程完成球諧光照模擬。

該方法主要包括三個階段：數(shù)據(jù)準備，紋理回填以及GPU編程繪制。

數(shù)據(jù)準備階段主要完成面模型的每個三角面片的離散采樣以及球諧光照預計算工作，完成這一階段后，離散的模型數(shù)據(jù)使用鏈表表示。

紋理回填階段根據(jù)每個面片的采樣點對應的球諧系數(shù)生成相應面的系數(shù)紋理，該紋理是一張正方形的紋理，其中包含了與每個三角面片相同大小的紋理區(qū)域，存放球諧系數(shù)組。

ＧＰＵ編程繪制階段主要通過ＧＰＵ編程讀出每個片元對應的球諧系數(shù)組，并進行光照計算。由于該方法得到的球諧系數(shù)組通過對系數(shù)紋理進行最近點插值得到，其流程適用于面繪制。

具體為：

（1）數(shù)據(jù)準備：對面模型中的每個三角面片進行離散采樣將其轉換為點模型；然后通過球諧光照方法得到每個點的球諧系數(shù)組；

數(shù)據(jù)準備包括將面模型轉換為點模型即面模型采樣，三角面片排序與球諧光照預計算三個部分；具體為：

①面模型采樣????

生成采樣點：

為了將面模型采樣為一個點模型，需要對三角面片進行離散化處理，我們使用等距離采樣的方法，將面模型中的每個三角面片進行采樣處理；假設所需采樣的三角面片三個頂點的坐標為????????????????????????????????????????????????，以及?，則等距采樣的基本思想是設置一條掃描線從三角形的一個底邊開始，通過在掃描線上每次移動相同距離采樣數(shù)據(jù)，然后將掃描線上移進行下輪掃描；

為了設置掃描線，必需要得到掃描線的兩個端點，由于需要對三角面片內(nèi)部進行采樣，不能直接對為起始掃描線。為此，我們使用如下方法進行掃描線的設置與采樣：

a)以點為起點，為方向向點移動個固定距離，得到點：

???????????????????????　(1-1)

b)以同樣的方法，以點為起點，為方向向點移動個固定距離，得到點；

c)將作為掃描線進行等距采樣，采樣方法與之前類似，即以點為起點，為方向向點移動個固定距離，得到采樣點，重復這一過程直到到達；

d)重新進行步驟a)，b)；如果掃描線到達三角形的頂點，則結束，保存所有采樣點；否則，進行c)。

數(shù)據(jù)結構的組織：

將三角形面片的三個頂點與采樣點在同一鏈表中進行存儲；每個鏈表結點的數(shù)據(jù)結構包括采樣點的位置，球諧系數(shù)組，紋理坐標屬性，對于存放頂點的結點，其對應的屬性僅為頂點的空間坐標，其它屬性值為空，為區(qū)別頂點與采樣點，在數(shù)據(jù)結構中加入一個bool值來區(qū)分頂點與采樣點：

//采樣點與頂點共同使用的數(shù)據(jù)結構

Struct?sample

{??

Position;?//采樣點&頂點的三維空間坐標

Coef;?//采樣點的球諧系數(shù)組，若為頂點該項為空