[發明專利]一種基于級聯紋理的圓錐追蹤動態全局光照方法

有效

• 申請號: 201810188697.8
• 申請日: 2018-03-08
• 公開（公告）號: CN108537869B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 張菁;張曉東;王鶴;趙珊珊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T15/04
• 分類號: G06T15/04;G06T15/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于級聯紋理的圓錐追蹤動態全局光照方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)構建級聯紋理與稀疏八叉樹結合的結構，并將場景體素化，將場景根據視角范圍內遠近距離關系劃分等級，對于不同等級選取不同的存儲結構分批體素化；每個體素利用3DG-Buffer存儲幾何屬性信息A＝{a_i,n_i,o_i,e_i}，包括反射率、法線、占有率和輻射；設置用于存儲直接照明和反射光的緩沖區V-buffer；

所述的步驟(1)具體包括：

(1.1)輸入場景P；

(1.2)將場景P按照距離視角的相對位置劃分級聯區域；

(1.3)利用數據結構設立6個級聯等級L1～L6，每個級別存有32³個體素作為紋理單元，每個體素存儲6個面的值A，將多個體素單元按照直角坐標系排列，存入一張三維紋理中，x軸為6個面，y方向為6個級聯等級；

(1.4)針對給定場景P，對不同級聯等級區域分別進行體素化操作；

(1.5)使用與體素化細分分辨率u相同的正交投影窗口來渲染三維網格中的每個三角形r_i，i為正整數；

(1.6)對每個三角形r_i計算出一個投影面積最大的投影矩陣M_i，并在此位置上光柵化，光柵化出的每個像素p_i對應一個該方向上的體素v_i；

(1.7)在光柵化出的每個像素p_i中利用RWTexture3D方法將該像素對應的體素信息寫入3D Texture中；

(1.8)對六個投影軸方向分別重復步驟(1.5)至步驟(1.7)，得到6張3D Texture；

(1.9)對其進行合并得到最終的3D Texture，記為Tex，Tex中包含了整個場景的完整體素化結果；

(1.10)對級聯等級L1建立稀疏八叉樹T₁，使用自底向上的方法對每八個子結點進行合并來得到它們對應的父結點，父節點組成的八叉樹即為T₂，根節點即為T₃；

(1.11)利用Mipmap原理對Tex生成不同級別的Mipmap，也就相當于得到不同深度下的八叉樹結構；

(2)使用改進的圓錐濾波器為每個體素注入光信息；

所述的步驟(2)具體包括：

(2.1)對體素化場景數據Tex，在每個體素v_i處定義多個圓錐體；

(2.2)從16個固定方向上對天空光、點光源和發光材料的直接照明進行采樣；

(2.3)利用改進的圓錐濾波器，在每個圓錐體的外部成組排列多個由圓錐體屬性確定的小正方體；

(2.4)計算出每個小正方體的尺寸信息s；

(2.5)利用小正方體的位置信息采樣所屬級聯等級或Mipmap的節點值w；

(2.6)疊加圓錐濾波器上每個小正方體采樣的節點值w，作為該圓錐濾波器的采樣值；

(2.7)疊加多個圓錐濾波器的采樣值，得到體素v_i處的球面積分數據fi，并存入該體素對應的V-buffer中；

(3)在屏幕空間內通過圓錐追蹤采樣，將照明信息填充了直接照明緩沖區，然后利用改進的圓錐濾波器，從每個像素的世界空間位置進行幾次圓錐追蹤，獲得間接照明；

(4)采用一種有針對性的動態體素更新方法更新級聯紋理；

所述的步驟(4)具體包括：

(4.1)根據不同的級聯等級L1～L6，設置不同的更新頻率，L1為2幀更新一次，L2為4幀更新一次，L3為8幀更新一次，L4為16幀更新一次，L5為32幀更新一次，L6為64幀更新一次；

(4.2)隨著視點位置的移動，計算每個級聯等級新的中心點c；

(4.3)將每個體素存儲的G-buffer和V-buffer信息沿著移動方向滾動存儲；

(4.4)對于邊緣處的體素，使用Mipmap得到近似值；

(4.5)體素化邊緣處的幾何體。