[發明專利]全局光照的計算方法及裝置

有效

• 申請號: 201610371167.8
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN107452048B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 黃健聰
• 申請（專利權）人: 網易（杭州）網絡有限公司
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 北京博浩百睿知識產權代理有限責任公司 11134
• 代理人: 宋子良

本發明公開了一種全局光照的計算方法及裝置。其中，該方法包括：獲取屏幕內預先選取的多個像素中每個像素對應的有向距離場信息和/或光照信息，其中，每個像素對應的有向距離場信息和光照信息存儲于由三維貼圖映射而成的二維貼圖中；根據每個像素對應的有向距離場信息和/或光照信息進行全局光照計算。本發明解決了相關技術中所提供的全局光照計算方法易耗費較多的硬件資源且呈現的畫面效果不夠理想的技術問題。

技術領域

本發明涉及計算機圖像處理領域，具體而言，涉及一種全局光照的計算方法及裝置。

背景技術

目前，全局光照一直是實時游戲渲染的熱點，其渲染的畫面不僅需要考慮場景光源發出的光直接照射在考量表面(即物體表面)的效果，而且還需要考慮從光源出發的光線經過其他表面反射后再擊中考量表面的光照效果。全局光照對于物件光照真實感和周圍環境的融合發揮著巨大的作用。為了解決全局渲染方程，全局光照需要多次迭代積分，而沒有分析解，因此只有使用蒙特卡羅相關的積分方法才能夠求出數值解?？紤]到精確全局光照算法的計算量十分龐大，通常所采用的實現方法可以分為離線和實時兩大類技術方案。

離線全局光照方法主要應用于電影、游戲計算機動畫(CG)、動畫短片的制作，由于這些技術一般都具有更充足的運算量，同時還沒有實時游戲的運行要求，因此，離線方法都以達到照片級渲染質量為要求，結合光學相關知識，重新接近真實的光照效果。離線全局光照所采用的核心算法包括：光路跟蹤算法(Path Tracing)和光子映射算法(PhotonMapping)。這些離線計算方法主要特點是光照強度計算準確，包含多次反射，但是計算量大，一般要數十分鐘才能渲染出一幀結果。Path Tracing是一種光路跟蹤算法，其可以對到達場景某個點的所有光線進行積分得出該點反射入攝像機的光強，并對這些光線進行相同的遞歸操作。類似的，Photon Mapping也是一種光路跟蹤算法，但它會將光線到達鏡頭前的一次入射結果記錄在貼圖中，而后能夠在這些光照信息中進行插值平滑結果，屬于一種更積極和快速收斂的全局光照算法，其通常比Path Tracing具有更低的運算復雜度。

實時全局光照方法主要應用于實時渲染引擎，其中，包括：建模軟件、游戲引擎。鑒于其技術路線和原理多樣化，根據技術實現的考量輸入范圍可以大致分為屏幕空間算法和世界空間的算法。算法特點在考量質量的同時，還要考慮單幀的計算量，硬件和渲染應用程序編程接口(API)的適應，較少的中央處理器(CPU)和圖形處理器(GPU)數據傳輸量，從而保證每幀渲染的穩定性以及保持較高幀率。

由于本申請主要關注游戲引擎，因此，在下文中將重點討論實時領域的全局光照計算方法。

實時全局光照技術的主要分為屏幕空間和世界空間兩種技術路線。

屏幕空間的全局光照方案主要包括：屏幕空間環境光遮蔽(SSAO)。環境光遮蔽(Ambient Occlusion，簡稱為AO)主要用于模擬天光這種大范圍面光源對物體產生的軟陰影。帶有AO技術的畫面可以更好地分辨物體的距離和體積感。SSAO使用屏幕空間的深度信息用于計算場景的幾何遮擋。一般的SSAO技術只使用一層深度信息計算。

相比于屏幕空間的全局光照方案，世界空間方案所取得的技術效果更佳，其原因在于：該渲染方法考慮了整個場景的三維數據，而且不會出現如屏幕空間方案所存在的缺陷(例如：數據不完備以及靠近攝像機物體的AO會對距離較遠的物體AO產生干擾)，故而，該渲染方法的計算數值也更接近確定解。