[發(fā)明專利]基于可控制紋理烘焙的三維矢量模型實時光影延遲著色渲染方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310720196.7
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103700134A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚詩瀚;季玉龍;宋歌;汪歸歸;王呈鵬;馮仕財;楊善敏;付安邦;陸薇;謝依妨;劉洪
• 申請（專利權(quán)）人: 四川川大智勝軟件股份有限公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 鄧金濤;卓仲陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機應(yīng)用技術(shù)和計算機視覺領(lǐng)域，具體涉及一種基于可控制紋理烘焙的三維矢量模型實時光影延遲著色渲染方法。

背景技術(shù)

在真實感圖像合成中，光照和陰影是密不可分的，它們對場景真實感起著決定性的作用，是真實圖像生成中最關(guān)鍵的技術(shù)之一。適當(dāng)模擬自然物理世界的光照，不僅能讓人感知到物體的存在并對物體的幾何性質(zhì)有所認(rèn)識，還能夠讓人知道物體的材質(zhì)屬性。而陰影更能幫助人們判斷自己所面對的方向或者根據(jù)陰影判斷自己所處的環(huán)境以及陰影所對應(yīng)實體的信息，光照和陰影的生成大大增強了場景的可信度和沉浸感。

早期圖形開發(fā)者使用的光照就是固定功能管線提供的傳統(tǒng)光照模型，對于其他許多光照算法在應(yīng)用中都不可以通過圖形管線使用。陰影方面也是大部分使用固定功能管線，并依賴于圖形?API?對硬件的擴展或圖形?API?的更新來實現(xiàn)，在實現(xiàn)上帶來了一些不必要的復(fù)雜性。固定功能管線的這些缺點大大限制了對光照和陰影算法的研究與應(yīng)用。

近幾年出現(xiàn)了可編程?GPU，圖形開發(fā)者可以使用?GPU?語言來控制最重要的圖形管線操作，我們可以利用可編程管線提供的靈活性來創(chuàng)造出更逼真的渲染效果，這種可編程性為圖形開發(fā)者提供了一個廣闊的研究和實踐平臺，基于可編程?GPU?來實現(xiàn)和優(yōu)化光照和陰影算法也逐漸成為研究熱點。

由于GPU目前能實現(xiàn)的指令有限，存在著一定的局限性。而渲染到紋理技術(shù)是計算機圖形學(xué)中極為常用和有效的技術(shù)，借助渲染到紋理技術(shù)可以存儲數(shù)據(jù)，擴展GPU的功能。對于一些耗費時間的計算，更可以提前把結(jié)果計算好并存儲在紋理中，這樣便將大量的復(fù)雜計算簡化為對紋理的查找，能夠節(jié)約大量時間。但是同時也需要考慮紋理的大小問題，過大的紋理會消耗系統(tǒng)的顯存，反而對實時渲染不利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于可控制紋理烘焙的三維矢量模型實時光影延遲著色渲染方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)渲染復(fù)雜、太耗時，以及對計算機的配置要求過高的問題。

為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于可控制紋理烘焙的三維矢量模型實時光影延遲著色渲染方法，包括以下步驟：

步驟一：在3D?max中載入整個大規(guī)模復(fù)雜模型場景（本發(fā)明實例采用的是機場模型，包括候機樓和機場地面），

步驟二，計算出整個場景的每個像素在時間上的可見度函數(shù)；

步驟三，在時間區(qū)域上計算出該段時間的平均光照，利用這段時間上各光源點渲染出來的影子來產(chǎn)生模糊的陰影；

步驟四：將陰影信息中的點光源通過PCF的方法計算出最終可見度值，在經(jīng)過簡化后存儲在兩組彩色紋理中；

步驟五，將最終可見度值乘以一個著色值進行光源軌道上的實時計算，計算出最終的顏色值；

步驟六，最終的顏色值利用GPU可編程的光線跟蹤引擎計算并渲染出帶紋理貼圖及陰影的真實感場景效果。

進一步的，所述步驟二中，計算出整個場景的每個像素在時間上的可見度信息是通過3D?max中計算場景數(shù)據(jù)的光線跟蹤引擎插件來實現(xiàn)的。

所述光線跟蹤引擎插件為mental?ray渲染器，其計算整個場景模型場景可見度函數(shù)的方法如下：

先進行預(yù)渲染處理：從光源軌道上的每個點進行渲染，調(diào)整每個可見度函數(shù)的上升邊和下降邊，8bit的方式將上升邊和下降邊的值分別存儲為上升矢量和下降矢量，得到每個像素的可見度函數(shù)，可見度函數(shù)是用0-1值表示的；再進行渲染后期處理：預(yù)渲染從光源軌道上的每個點渲染整個場景，得到的數(shù)據(jù)量非常龐大，需要極大的存儲空間，而且對后面的可編程處理計算實時陰影帶來不便；

因此，我們在渲染后期對這些數(shù)據(jù)進行處理，即針對預(yù)渲染處理步驟得到的每個點的場景渲染數(shù)據(jù)，按太陽軌道曲線上的數(shù)據(jù)，跟蹤場景中各像素來自每道光線所對應(yīng)的光源點，由于可見度函數(shù)是用0-1值表示的，在時間域上的上升邊和下降邊定為表示太陽出現(xiàn)和消失的時間，最終得到兩張表示每個像素在時間區(qū)域上的可見度函數(shù)的紋理圖，紋理圖由上升矢量紋理和下降矢量紋理組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：結(jié)合了基于光線跟蹤的離線渲染方法和鄰域采樣過濾遮擋區(qū)間映射技術(shù)，算法生成的陰影更具真實感,?克服了陰影映射算法產(chǎn)生的鋸齒問題，滿足虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種基于可控制紋理烘焙的三維矢量模型實時光影延遲著色渲染方法的流程示意圖。

圖2是采樣數(shù)較少時，機場模型的陰影遠(yuǎn)景效果圖。

圖3是采樣數(shù)較多時，機場模型的陰影遠(yuǎn)景效果圖。