[發明專利]光源可見性復用范圍的自適應3D場景繪制方法

有效

• 申請號: 201711103516.9
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN107909639B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 陳純毅;楊華民;蔣振剛;李華
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06;G06T15/50
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

本發明涉及一種根據位置自適應控制光源可見性復用范圍的3D場景繪制方法，該方法根據待繪制場景點及其鄰近可視場景點與特點光源采樣點的連線夾角大小來控制光源可見性復用范圍，而不是簡單地僅通過可視場景點間距控制光源可見性復用范圍。本方法對于不同可視場景區域的待繪制可視場景點，可以自適應地確定與之匹配的可見性復用范圍，達到增強光源可見性復用準確性的目的，進而提高3D場景的直接光照效果繪制質量。

技術領域

本發明涉及一種根據位置自適應控制光源可見性復用范圍的3D場景繪制方法，屬于真實感3D場景繪制技術領域。

背景技術

繪制面光源照射的3D場景比繪制點光源照射的3D場景的開銷更大。在繪制3D場景時，對于每個可視場景點，需要計算面光源對可視場景點產生的直接光照值。通常使用蒙特卡羅積分求解方法來估計面光源對可視場景點產生的直接光照值；這需要在面光源上產生一定數目的采樣點，并計算每個采樣點與可視場景點之間的可見性。發表在《ACMTransactions on Graphics》1996年15卷1期1～36頁的論文詳細介紹了蒙特卡羅直接光照值估計技術。為了減小蒙特卡羅積分求解誤差，往往需要在面光源上產生大量采樣點；測試每個采樣點與可視場景點的可見性是重要的計算開銷。如何減小這一開銷是3D場景繪制的一個研究重點。值得注意的是，一個面光源對兩個鄰近可視場景點的可見性通常存在一定的空間相關。充分利用這種空間相關性，可以在使用蒙特卡羅積分求解方法估計面光源對可視場景點的直接光照值時，通過復用鄰近可視場景點的光源可見性計算結果，以實現減小計算開銷的目的。實際上，不同可視場景區域中的兩個相鄰可視場景點與同一個光源采樣點連線所夾的角的大小并非總是相等。如圖1所示，兩個相鄰可視場景點V₁和V₂與光源采樣點q的連線所夾的角比兩相鄰可視場景點V₃和V₄與光源采樣點q的連線所夾的角小。這種夾角大小差異會影響相鄰可視場景點的光源可見性的空間相關大小。對于兩個鄰近可視場景點情形，上述問題同樣存在。很明顯，更大的夾角導致光線傳輸路徑方向差異更大，因而鄰近可視場景點的光源可見性相關通常更小。復用不相關的可視場景點的光源可見性計算結果會降低3D場景直接光照效果繪制質量。所以，在復用鄰近可視場景點的光源可見性時，應該根據待繪制可視場景點所處位置，自適應地控制復用范圍大小，以提高復用準確性。本發明針對面光源照射的3D場景的直接光照效果繪制問題，根據待繪制可視場景點位置自適應地控制光源可見性復用范圍，從而提高3D場景的直接光照效果繪制質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種根據位置自適應控制光源可見性復用范圍的3D場景繪制方法，其根據待繪制可視場景點位置自適應地控制光源可見性復用范圍，達到增強光源可見性復用準確性的目的，進而提高3D場景的直接光照效果繪制質量。

本發明的技術方案是這樣實現的：根據位置自適應控制光源可見性復用范圍的3D場景繪制方法，其特征在于：把虛擬相機放在視點位置，按照相機觀察參數，利用光線投射技術繪制3D場景；對于每條從視點出發穿過虛擬像素平面上的像素的光線A001，光線 A001和虛擬像素平面上的像素一一對應，判斷光線A001與3D場景的幾何對象是否相交，如果相交則進一步計算光線A001與3D場景的幾何對象的離視點最近的交點A002，交點 A002為一個可視場景點，同時在面光源上隨機產生NUM個服從均勻分布的光源采樣點 A003，記錄這NUM個光源采樣點A003的空間位置，并計算每個光源采樣點A003與交點 A002之間的可見性VIS；對于每個交點A002，通過復用交點A002的在一個特定區域內的鄰近可視場景點的面光源采樣點及可見性計算結果來加速計算面光源對交點A002的近似直接光照值；具體實現步驟如下：

提供一種數據結構LSPD，用于存儲與面光源采樣點相關的數據；數據結構LSPD包括光源采樣點的空間位置和光源采樣點的可見性共兩個成員變量。

1)實現對面光源的采樣，以及計算面光源采樣點與可視場景點之間的可見性，具體步驟如下：