[發(fā)明專利]一種環(huán)境貼圖映射方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810150486.5
• 申請(qǐng)日: 2018-02-13
• 公開（公告）號(hào): CN108447086B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任麒麟;宋健;江淑紅;熊春雷;張小軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 視辰信息科技（上海）有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/521
• 分類號(hào): G06T7/521;G06T7/593
• 代理公司: 上海大邦律師事務(wù)所 31252
• 代理人: 郜少毅

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種環(huán)境貼圖映射方法，包括以下步驟：第一步，將球體分為三部分；第二步，設(shè)置貼圖的尺寸；第三步驟，將側(cè)面部分和頂面/底面分別采用不同的紋理坐標(biāo)映射的方式映射到紋理坐標(biāo)系。本發(fā)明在接近人眼垂直可視范圍內(nèi)采用了保真度較高、運(yùn)算簡(jiǎn)單的圓柱投影，由于其共形映射的特點(diǎn)，從而使得在觀察街景等場(chǎng)景時(shí)獲得較好的效果。在南北兩個(gè)圓蓋的處理上，本發(fā)明將圓蓋盡可能均勻地映射到矩形貼圖上，通過(guò)調(diào)整南北圓蓋矩形貼圖的大小，可以消除南北圓蓋和赤道附近區(qū)域之間的接縫，并減少南北兩極的存儲(chǔ)消耗。通過(guò)確保映射的連續(xù)性，消除了傳統(tǒng)圓柱映射中南北兩個(gè)極點(diǎn)的像素聚集問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方法，具體涉及一種環(huán)境貼圖映射方法。本發(fā)明實(shí)施例還涉及一種采用環(huán)境貼圖映射方法的裝置。

背景技術(shù)

環(huán)境映射是在計(jì)算機(jī)圖形渲染中使用預(yù)先計(jì)算的紋理圖像模擬視點(diǎn)周圍環(huán)境畫面的一種高效方法。紋理用于存儲(chǔ)視點(diǎn)周圍環(huán)境的圖像，將二維的紋理以某種方式映射到環(huán)境球表面，從而模擬視點(diǎn)周圍的環(huán)境畫面。環(huán)境映射有著廣泛的應(yīng)用：比如360度街景渲染、室內(nèi)展示、車內(nèi)環(huán)境展示、以及360度VR視頻等。

現(xiàn)有的環(huán)境映射(Environment Mapping)方法有以下幾種：

球形映射(Spherical Map)：是一種最為簡(jiǎn)單的環(huán)境映射方法；給定一個(gè)半徑為1的球體，球體表面上任意一點(diǎn)<x,y,z>滿足：x²+y²+z²＝1，令p＝sqrt(x²+y²+(z+1)²)，則該點(diǎn)的紋理坐標(biāo)為(x/2p+0.5,y/2p+0.5)。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，而缺點(diǎn)在于：拉伸和扭曲明顯，特別是在z接近于0時(shí)，即球體的赤道周圍。這在展示街景等環(huán)境時(shí)是一個(gè)致命缺陷。另外貼圖并未得到有效利用，存在無(wú)效空白區(qū)域。

雙拋物面環(huán)境映射(Dual Paraboloid Environment Mapping)：雙拋物面環(huán)境映射實(shí)際上是對(duì)球形映射的改進(jìn)。采用了雙拋物面，改進(jìn)了邊緣處的扭曲和拉伸，并支持了360度的環(huán)境映射。其缺點(diǎn)是：依然存在扭曲和拉伸；同球形映射一樣，也存在著貼圖浪費(fèi)的問(wèn)題。

圓柱映射(Cylindrical Map)：給定一個(gè)半徑為1的球體，在球面坐標(biāo)系下，球體表面上任意一點(diǎn)可以用θ和來(lái)表示。其中，θ被稱為極角(polar angle)，其取值范圍為[0,π]；而被稱為方位角(azimuthal angle)，其取值范圍為[0,2*π]。則球面上任意一點(diǎn)的紋理坐標(biāo)為其優(yōu)點(diǎn)是：圓柱映射是一種共形映射(所謂共形映射，即保角映射，是指當(dāng)一個(gè)區(qū)域被映射到另一個(gè)區(qū)域時(shí)，保持角度不變)，在人眼可視范圍內(nèi)保真度較高，適合用于展示街景等環(huán)境。格式簡(jiǎn)單，普及率較高，許多環(huán)境貼圖以圓柱映射的方式進(jìn)行提供。缺點(diǎn)在于：南北兩極存在像素聚集情況，且存儲(chǔ)空間耗費(fèi)較多。

立方體映射(Cube Map)：給定一個(gè)半徑為1的球體，根據(jù)球體表面上任意一點(diǎn)<x,y,z>首先找到最大的分量，用于定位球體的外接立方體面，然后在該平面上計(jì)算出紋理坐標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)的立方體映射分為6個(gè)面，其順序是：X軸正方向、X軸負(fù)方向、Y軸正方向、Y軸負(fù)方向、Z軸正方向、Z軸負(fù)方向。其優(yōu)點(diǎn)是：相對(duì)簡(jiǎn)單，已有相應(yīng)的硬件實(shí)現(xiàn)加速。缺點(diǎn)在于：對(duì)于人眼通常不關(guān)心的南北兩極依然使用了和球體側(cè)面相同的采樣率。

等方立方體映射(IsoCube)：IsoCube映射實(shí)際上是立方體映射的一個(gè)變種。不同于立方體映射，該技術(shù)嘗試將球面更加均勻地映射到立方體上。其優(yōu)點(diǎn)是：相對(duì)于立方體映射更加均勻。缺點(diǎn)在于：非共形映射，存在像素扭曲問(wèn)題。對(duì)于人眼通常不關(guān)心的南北兩極依然使用了和球體側(cè)面相同的采樣率。另外由于其普及率不高，要求對(duì)已經(jīng)存在的環(huán)境貼圖進(jìn)行重新采樣，這將導(dǎo)致貼圖精度下降。