[發明專利]三維場景中由透明幾何對象產生的面焦散效果的近似繪制方法

有效

• 申請號: 201510425208.2
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105096371B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;李華;蔣振剛;曲福恒;李巖芳
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于三維圖形繪制技術領域，涉及一種三維場景中由透明幾何對象產生的面焦散效果的近似繪制方法。

背景技術

在三維場景中，光源發出的光線被光滑透明幾何對象折射后，再傳播到漫反射材質的幾何對象上，會在這些幾何對象表面上形成明顯的焦散效果。例如，桌上的蠟燭發出的光，經放在桌上的裝滿水的透明玻璃杯折射后，再傳播到桌面上，會在桌面上形成焦散斑。在進行三維場景建模時，經常需要快速預覽所建模型的視覺效果。如果建立的三維場景模型包含面焦散效果，則在預覽時也希望將焦散效果繪制出來。常見的光線跟蹤技術，通過發射一系列穿過虛擬相機各屏幕像素中心點的光線，并對這些光線進行跟蹤操作，來計算虛擬相機的每個像素對應的入射光亮度，從而實現對三維場景的繪制。對于包含焦散效果的三維場景，基本的光線跟蹤技術難以高效地繪制出焦散效果，通常用光子映射來繪制焦散效果。然而，常見的基于光子映射的面焦散效果繪制技術的繪制時間比較長，利用該技術來實現三維場景模型的面焦散效果預覽，會產生顯著的時間開銷，影響建模工作進度。對于大多數包含透明幾何對象產生的面焦散效果的三維場景來說，面焦散效果都是由光源直接照射產生的，換句話說，經其他非透明幾何對象反射后照射到透明幾何對象上的間接光照對面焦散的貢獻可以忽略。針對此種情況，本發明提供一種三維場景中由透明幾何對象產生的面焦散效果的近似繪制方法，可以明顯提高透明幾何對象產生的面焦散效果的繪制速度。

發明內容

本方法的目的在于，提供一種三維場景中由透明幾何對象產生的面焦散效果的近似繪制方法。

本方法涉及一種數據結構PHOTON，數據結構PHOTON包括位置P0、法向量nv、入射向量Vi、亮度Φi共四個成員變量。

本方法涉及一種數據結構SPOINT，數據結構SPOINT包括位置P0、法向量nv、漫反射系數kd共三個成員變量。

本方法的技術解決方案：將三維場景中的所有幾何對象分為透明幾何對象和非透明幾何對象；透明幾何對象就是光可以透過的幾何對象，非透明幾何對象就是光完全不能透過的幾何對象；將所有透明幾何對象用一個場景圖SGT來進行組織，將所有非透明幾何對象用一個場景圖SGF來進行組織；將場景圖SGT和場景圖SGF都保存在計算機系統的內存中；在計算機系統中執行如下操作：

Step001：設置列表LPHOTON為空；根據點光源PS的光照發射強度的空間角度分布，對點光源的光照發射方向進行重要性采樣，得到N個采樣方向，每個采樣方向對應一條從點光源PS發射的光線，如圖1所示，從而得到N條從點光源PS發射的光線，對其中的每條光線A001，做如下操作：

Step001-1：判斷光線A001是否與場景圖SGT中的幾何對象相交，如果不相交則轉步驟Step001-9；

Step001-2：計算光線A001與場景圖SGT中的幾何對象的離點光源PS最近的交點A002；

Step001-3：判斷光線A001是否與場景圖SGF中的幾何對象相交，如果不相交則轉步驟Step001-6；

Step001-4：計算光線A001與場景圖SGF中的幾何對象的離點光源PS最近的交點A003；

Step001-5：如果交點A002到點光源PS的距離大于交點A003到點光源PS的距離，則轉步驟Step001-9；

Step001-6：基于光線跟蹤原理，對光線A001在由場景圖SGT和場景圖SGF中的所有幾何對象組成的三維場景中的傳播過程進行跟蹤，依次計算光線A001對應的傳播路徑與三維場景中的幾何對象的交點A004，只要發現交點A004所在的幾何對象的表面的材質為非透明材質，就立即停止光線跟蹤計算，并轉步驟Step001-7；如果對光線A001對應的傳播路徑跟蹤完畢后，未發現所在表面的材質為非透明材質的交點，則轉步驟Step001-9；

Step001-7：如果交點A004所在的幾何對象的表面為非漫反射材質，則轉步驟Step001-9；