[發明專利]一種光照模型系統及實現方法

在審

• 申請號: 201310705942.5
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103699733A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 周莉;高園園;孫濤;章元智;王佳;汪洋
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 呂利敏

1.一種光照模型系統，其中，以下所涉及的模塊是通過硬件描述語言Verilog實現的，其特征在于，所述光照模型的實現系統包括：

環境光計算模塊、漫反射光計算模塊、鏡面光計算模塊、求和模塊、運算單元；所述的運算單元包括倒數平方根查找表單元、對數查找表單元、冪次方查找表單元、向量計算單元和乘積單元；

所述環境光計算模塊：實現光照模型中環境光部分的計算；

所述漫反射光計算模塊：實現光照模型中漫反射光部分的計算；

所述鏡面光計算模塊：實現光照模型中鏡面反射光部分的計算；

所述求和模塊：實現光照模型的最終效果計算；

所述運算單元：完成光照模型所涉及的各種數學運算，包括倒數平方根運算、取對數運算、2的冪次方運算、乘法運算以及向量的加、減、內積運算；其中，所述運算單元包括：

倒數平方根查找表單元：實現倒數平方根運算；

對數查找表單元：實現取對數運算；

冪次方查找表單元：實現2的冪次方運算；

向量計算單元：實現向量的加、減、內積運算；

乘積單元：實現相關數據的相乘。

2.根據權利要求1所述的一種光照模型系統，其特征在于，所述倒數平方根查找表單元的數量為1個，所述對數查找表單元的數量為1個，所述冪次方查找表單元的數量為1個，所述向量計算單元的數量為2個，所述乘積單元的數量為3個。

3.根據權利要求1所述的一種光照模型系統，其特征在于，所述倒數平方根查找表單元、對數查找表單元和冪次方查找表單元完成一次操作分別需要1個時鐘周期，所述向量計算單元完成一次向量操作需要3個時鐘周期，所述乘積單元完成一次相乘操作需要1個時鐘周期。

4.一種如權利要求1所述光照模型系統的實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）鏡面光計算模塊根據輸入端傳來的數據調用運算單元逐步完成光照模型中鏡面反射光的計算；

（2）在步驟（1）的同時，漫反射光計算模塊根據輸入端傳來的數據調用運算單元逐步完成光照模型中漫反射反射光的計算；

（3）在步驟（1）、步驟（2）的同時，環境光計算模塊根據輸入端傳來的數據調用運算單元逐步完成光照模型中環境光的計算；

（4）在步驟（1）、步驟（2）、步驟（3）都完成后，求和模塊完成環境光、漫反射光、鏡面反射光以及發射光的和，即光照模型的最終效果計算，其求和采用現有公式（i）完成：

I=I_atm+I_dif+I_spc+I_emi

=K_aI_a+K_dI_d(N·L)+K_sI_s(N·H)^Ns+I_e???（i）

在公式（i）中,K_a表示材質的環境光反射系數，K_d表示材質的漫反射系數，K_s表示材質的鏡面反射系數，I_a表示環境光，I_d表示光源的漫反射分量，I_s表示光源的鏡面反射分量，I_e表示物體的發射光部分，N表示物體表面點的法向量，L表示物體表面點指向光源的向量，H為半角向量Ns表示物體表面的鏡面指數。