[發(fā)明專利]復(fù)用場景點光源可見性的超采樣光線跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811317381.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109493412B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳純毅;楊華民;蔣振剛;曲福恒;李華;權(quán)巍
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.復(fù)用場景點光源可見性的超采樣光線跟蹤方法，其特征在于，所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)步驟如下：

提供一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV，用于存儲場景點的光源可見性，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV包含場景點位置POS、場景點所在位置的表面法向量VN、場景點的光源可見性LVis共三個成員變量；本方法的具體實現(xiàn)步驟如下：

Step101：在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Grid；在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個計數(shù)器Counter，令計數(shù)器Counter的值為0；在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個包含M行、N列元素的二維數(shù)組IM，M為虛擬相機的虛擬像素平面上的像素行數(shù)，N為虛擬相機的虛擬像素平面上的像素列數(shù)，把二維數(shù)組IM的每個元素都賦值為0；

Step102：針對虛擬相機的虛擬像素平面上的每個像素A001，做如下操作：

Step102-1：在像素A001覆蓋的空間區(qū)域內(nèi)按均勻分布隨機選取一個點A002，從視點發(fā)射一條穿過點A002的光線A003，計算光線A003與三維場景的幾何對象的離視點最近的交點A004；在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量SPVis，把變量SPVis的場景點位置POS成員變量賦值為交點A004的位置，把變量SPVis的場景點所在位置的表面法向量VN成員變量賦值為交點A004所在位置的表面法向量；判斷交點A004與光源之間是否直接可視，如果直接可視，則計算光源直接發(fā)出的光在交點A004處散射產(chǎn)生的沿光線A003的入射方向的反方向傳輸?shù)闹苯庸庹樟炼蓉暙I(xiàn)值A(chǔ)005，同時令I(lǐng)_dir等于直接光照亮度貢獻(xiàn)值A(chǔ)005、令變量SPVis的場景點的光源可見性LVis成員變量等于1，否則令I(lǐng)_dir等于0、令變量SPVis的場景點的光源可見性LVis成員變量等于0；以變量SPVis的場景點位置POS成員變量的值為關(guān)鍵字把變量SPVis插入到網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Grid中；

Step102-2：令I(lǐng)_ind＝0；按照遞歸光線跟蹤思想，繼續(xù)跟蹤光線A003在交點A004處被散射后的傳輸路徑A006，依次計算傳輸路徑A006與三維場景的幾何對象之間先后相交的各個交點A007；按先后順序針對每個交點A007，做如下操作：

Step102-2-1：如果計數(shù)器Counter的值為0，則轉(zhuǎn)步驟Step102-2-2，否則轉(zhuǎn)步驟Step102-2-3；

Step102-2-2：在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量SPVis2，把變量SPVis2的場景點位置POS成員變量賦值為交點A007的位置，把變量SPVis2的場景點所在位置的表面法向量VN成員變量賦值為交點A007所在位置的表面法向量；判斷交點A007與光源之間是否直接可視，如果直接可視，則把變量SPVis2的場景點的光源可見性LVis成員變量設(shè)置為1，同時計算光源直接發(fā)出的光在交點A007處散射產(chǎn)生的沿傳輸路徑A006在交點A007處的光線入射方向的反方向傳輸?shù)闹苯庸庹樟炼蓉暙I(xiàn)值A(chǔ)008，并令I(lǐng)_ind等于I_ind與直接光照亮度貢獻(xiàn)值A(chǔ)008相加之和，否則把變量SPVis2的場景點的光源可見性LVis成員變量設(shè)置為0；以變量SPVis2的場景點位置POS成員變量的值為關(guān)鍵字把變量SPVis2插入到網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Grid中；轉(zhuǎn)步驟Step102-2-4；

Step102-2-3：在計算機的存儲器中創(chuàng)建一個列表LIST1，令列表LIST1為空；從網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Grid中找出那些滿足條件COND1的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量B001：

條件COND1：變量B001的場景點位置POS成員變量表示的位置到交點A007的位置的空間距離小于δ_th，且變量B001的場景點所在位置的表面法向量VN成員變量表示的向量與交點A007所在位置的表面法向量之間的夾角小于α_th；

把從網(wǎng)格空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Grid中找出的所有滿足條件COND1的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量B001添加到列表LIST1中；如果列表LIST1不為空，則轉(zhuǎn)步驟Step102-2-3-1，否則轉(zhuǎn)步驟Step102-2-3-3；

Step102-2-3-1：令W＝0，index＝1；令δ_d1等于列表LIST1的第1個元素存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量的場景點位置POS成員變量表示的位置到交點A007的位置的空間距離，令α_v1等于列表LIST1的第1個元素存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量的場景點所在位置的表面法向量VN成員變量表示的向量與交點A007所在位置的表面法向量之間的夾角，令W＝w₁×δ_d1+w₂×α_v1，w₁和w₂是兩個權(quán)值系數(shù)；針對列表LIST1中除第1個元素以外的其他每個元素B002，做如下操作：

①令δ_d等于元素B002存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量的場景點位置POS成員變量表示的位置到交點A007的位置的空間距離，令α_v等于元素B002存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量的場景點所在位置的表面法向量VN成員變量表示的向量與交點A007所在位置的表面法向量之間的夾角，如果w₁×δ_d+w₂×α_vW，則令W＝w₁×δ_d+w₂×α_v，且令index等于元素B002在列表LIST1中的位置序號；

②針對元素B002的操作結(jié)束；

Step102-2-3-2：如果列表LIST1的第index個元素存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ISPOINTLV類型的變量的場景點的光源可見性LVis成員變量的值等于1，則計算光源直接發(fā)出的光在交點A007處散射產(chǎn)生的沿傳輸路徑A006在交點A007處的光線入射方向的反方向傳輸?shù)闹苯庸庹樟炼蓉暙I(xiàn)值A(chǔ)008，并令I(lǐng)_ind等于I_ind與直接光照亮度貢獻(xiàn)值A(chǔ)008相加之和；轉(zhuǎn)步驟Step102-2-4；

Step102-2-3-3：轉(zhuǎn)步驟Step102-2-2；

Step102-2-4：針對交點A007的操作結(jié)束；

Step102-3：計算像素A001在虛擬相機的虛擬像素平面上的行號row，計算像素A001在虛擬相機的虛擬像素平面上的列號col，令I(lǐng)M[row][col]＝IM[row][col]+I_dir+I_ind，IM[row][col]表示二維數(shù)組IM的第row行、第col列元素；針對像素A001的操作結(jié)束；

Step103：使計數(shù)器Counter的值增加1，即執(zhí)行Counter＝Counter+1；如果計數(shù)器Counter的值小于N_cth，則轉(zhuǎn)步驟Step102；

Step104：對于IR＝1,2,…,M，IC＝1,2,…,N，令I(lǐng)M[IR][IC]＝IM[IR][IC]/Counter，IM[IR][IC]表示二維數(shù)組IM的第IR行、第IC列元素；把二維數(shù)組IM的各個元素中保存的光照亮度貢獻(xiàn)值轉(zhuǎn)換成三維場景畫面像素顏色值并保存到磁盤圖像文件中。