[發(fā)明專利]一種基于級(jí)聯(lián)紋理的圓錐追蹤動(dòng)態(tài)全局光照方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810188697.8
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108537869B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張菁;張曉東;王鶴;趙珊珊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/04
• 分類號(hào): G06T15/04;G06T15/50
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種基于級(jí)聯(lián)紋理的圓錐追蹤動(dòng)態(tài)全局光照方法，屬于圖形實(shí)時(shí)渲染領(lǐng)域。具體包括：(1)構(gòu)建級(jí)聯(lián)紋理與稀疏八叉樹結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并將場(chǎng)景體素化，將場(chǎng)景根據(jù)視角范圍內(nèi)遠(yuǎn)近距離關(guān)系劃分等級(jí)，對(duì)于不同等級(jí)選取不同的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)分批體素化；(2)使用改進(jìn)的圓錐濾波器為每個(gè)體素注入光信息；(3)在屏幕空間內(nèi)通過(guò)圓錐追蹤采樣，將照明信息填充了直接照明緩沖區(qū)，然后利用改進(jìn)的圓錐濾波器，從每個(gè)像素的世界空間位置進(jìn)行幾次圓錐追蹤，獲得間接照明；(4)采用一種有針對(duì)性的動(dòng)態(tài)體素更新方法更新級(jí)聯(lián)紋理。提出一種有針對(duì)性的動(dòng)態(tài)體素更新方法，有效地實(shí)現(xiàn)圖形渲染的真實(shí)感需求，極大的提高渲染效率，達(dá)到實(shí)時(shí)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖形實(shí)時(shí)渲染領(lǐng)域，具體涉及一種基于級(jí)聯(lián)紋理的圓錐追蹤動(dòng)態(tài)全局光照方法。

背景技術(shù)

伴隨著VR/AR技術(shù)的興起，電子游戲、3D電影、全息投影等應(yīng)用技術(shù)得到迅速的發(fā)展，密切的與人類的日常生活相結(jié)合。人類從來(lái)都不是一種缺乏想象力的動(dòng)物，我們從未停止對(duì)虛擬世界的刻畫和構(gòu)建。現(xiàn)如今，3D大片越來(lái)越震撼人心，虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)也慢慢走近人們的生活，AR技術(shù)不僅在春晚等舞臺(tái)上大放異彩，還受到了社會(huì)各界乃至政府的高度關(guān)注?？梢哉f(shuō)VR/AR技術(shù)正在逐漸改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>

對(duì)于這些媒體技術(shù)來(lái)說(shuō)，圖形渲染可以說(shuō)是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這不僅僅是因?yàn)檫@些技術(shù)都是通過(guò)光影和色彩的組合來(lái)吸引人們，還在于人類感知世界的主要手段就是通過(guò)視覺。而對(duì)于圖形渲染技術(shù)，真實(shí)感和實(shí)時(shí)性是衡量其表現(xiàn)的主要手段，還是制約VR/AR技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。真實(shí)感渲染技術(shù)能夠通過(guò)模擬物理反應(yīng)，表示出各種非常逼真的反應(yīng)和效果，如爆炸、水流、粒子反應(yīng)等等。并且實(shí)時(shí)渲染技術(shù)在游戲等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。對(duì)于VR/AR技術(shù)來(lái)說(shuō)，真實(shí)感和實(shí)時(shí)性都顯得十分重要。通過(guò)真實(shí)感和實(shí)時(shí)渲染技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)模擬出十分真實(shí)的光影效果，從而帶給人們更完美的體驗(yàn)和更高的沉浸感。

人類模擬現(xiàn)實(shí)中的光影效果主要是通過(guò)基于光物理傳輸?shù)娜止庹漳Ｐ蛠?lái)實(shí)現(xiàn)的，如光線跟蹤、光路徑跟蹤、輻射度算法和光子映射等等。Jim Kajiya在1986年首次提出渲染方程，從理論上敘述了渲染的組成、目標(biāo)及形式。2007年，Crytek提出首個(gè)屏幕空間環(huán)境光遮蔽算法。2010年，Crytek提出首個(gè)動(dòng)態(tài)全局光照算法，后又優(yōu)化成Cascaded LPV。Crassin等人在2011年提出了圓錐體素追蹤算法(voxel cone tracing，VCT)，是一種不需要預(yù)計(jì)算的動(dòng)態(tài)全局光照算法，結(jié)果比LPV算法更優(yōu)。它支持多種不同的間接光照，包括鏡面反射和環(huán)境光遮蔽。這種算法利用一種近似計(jì)算的思想，盡可能模擬物理光照的變化過(guò)程，能夠達(dá)到較好的光照效果，而且具備很高的實(shí)時(shí)性。但是這個(gè)方法也有不足，首先由于需要將場(chǎng)景體素化并存儲(chǔ)于一個(gè)稀疏八叉樹中，這個(gè)過(guò)程比較費(fèi)時(shí)間，而且體素的表示方法會(huì)占用很大的內(nèi)存空間，文章中通過(guò)使用稀疏八叉樹來(lái)解決這個(gè)問題。但是這種方法并不一定是適應(yīng)GPU性能最好的方法，仍然可以改進(jìn)。其次，算法中濾波的過(guò)程是通過(guò)近似計(jì)算實(shí)現(xiàn)的，效率并不完美，還有很多優(yōu)化的空間。

總結(jié)現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)，目前動(dòng)態(tài)全局光照研究面臨如下關(guān)鍵問題亟需解決：

現(xiàn)存算法在真實(shí)感和實(shí)時(shí)性這兩方面無(wú)法達(dá)到平衡，需要一種能夠兼具真實(shí)感而且能夠滿足實(shí)時(shí)性的動(dòng)態(tài)全局光照算法；

已有的全局光照算法有一定的局限性，在室外場(chǎng)景表現(xiàn)力不足，效率不高，實(shí)時(shí)性有待提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供有效地實(shí)現(xiàn)圖形渲染的真實(shí)感需求，極大的提高渲染效率，達(dá)到實(shí)時(shí)性的一種基于級(jí)聯(lián)紋理的圓錐追蹤動(dòng)態(tài)全局光照方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于級(jí)聯(lián)紋理的圓錐追蹤動(dòng)態(tài)全局光照方法，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建級(jí)聯(lián)紋理與稀疏八叉樹結(jié)合的結(jié)構(gòu)，并將場(chǎng)景體素化。

步驟2：使用改進(jìn)的圓錐濾波器向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中注入直接光照。