[發明專利]區域塊計算復雜度的預估方法、并行光路追蹤方法及系統

在審

• 申請號: 201910318763.3
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110033511A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 王璐;刁曉娜;李壯;張良凱;徐延寧;康春萌;孟祥旭
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G06T15/20
• 分類號: G06T15/20
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

本公開提供了一種區域塊計算復雜度的預估方法、并行光路追蹤方法及系統。其中，一種區域塊計算復雜度的預估方法，包括：對于追蹤的從相機到光源的一組光線，計算每個像素的頻率值和光路追蹤深度的預估值；根據像素的頻率值，得到每個像素的自適應采樣值；計算每個像素的自適應采樣值和光路追蹤深度的預估值的乘積，得到每個像素的計算復雜度，進而累加預估出每個成像區域塊的計算復雜度。其改善繪制噪聲的同時，解決了過采樣問題，保證在同樣計算量的前提下提高了繪制圖片質量。

技術領域

本公開屬于圖形真實渲染領域，尤其涉及一種區域塊計算復雜度的預估方法、并行光路追蹤方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

光路追蹤算法是當前真實感渲染所采用的基本算法，通過逆向追溯在真實世界中傳播的光線的路徑，模擬光在場景中與物體相互作用所產生的反射、折射、散射等物理效果，將輸入的三維場景轉化為具有逼真光效的圖像，基于光路追蹤算法的真實感渲染在虛擬現實、影視特效、三維仿真等領域都有著十分廣泛的應用和研究價值。

目前光路追蹤算法廣泛使用均勻光線采樣，即每個成像點采樣相同數目的光線。而光路追蹤算法為了生成高質量的渲染圖片，需要對成像像素大量采樣光線來減小誤差，以得到噪點較少的繪制圖像結果。發明人發現，這種方式存在圖像質量和計算時間之間的矛盾：低采樣率，計算時間短，圖像噪聲多，成像質量差；高采樣率，圖像噪聲少，成像質量高，但計算時間長。從低采樣率提升到高采樣率，并非所有成像點的噪聲都能同比得到明顯改善，所以低采樣率即能滿足需求的成像區域，如果使用高采樣率則存在過采樣問題，從而消耗大量計算時間。

光路追蹤算法為了生成逼真的繪制結果，需要使用足夠的采樣率發射大量的光線用于噪聲的去除，這將耗費大量的時間用于光線的計算，并行光路追蹤是提高渲染速度的有效手段。目前的并行光路追蹤方法是按照成像區域分塊，每一塊為一個Bucket，以Bucket為并行計算任務基元，將計算任務分給多個節點并行計算可有效減少繪制時間。發明人發現，這種方法實現簡單，但并行粒度粗，不同節點之間的負載不均衡，計算量大的節點成為性能瓶頸。

發明內容

為了解決現有的并行光路追蹤中均勻光線采樣的噪聲問題，本公開的第一個方面提供一種區域塊計算復雜度的預估方法，其既能夠提升繪制質量，又能為依據圖像上每個分塊區域的預估復雜度進行光線追蹤任務的分發提供了數據基礎，能夠保證并行圖像繪制時各個節點之間負載均衡，有效縮短渲染時間。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

一種區域塊計算復雜度的預估方法，包括：

對于追蹤的從相機到光源的一組光線，計算每個像素的頻率值和光路追蹤深度的預估值；

根據像素的頻率值，得到每個像素的自適應采樣值；

計算每個像素的自適應采樣值和光路追蹤深度的預估值的乘積，得到每個像素的計算復雜度，進而累加預估出每個成像區域塊的計算復雜度。

為了解決上述問題，本公開的第二個方面提供一種區域塊計算復雜度的預估系統，其既能夠提升繪制質量，又能為依據圖像上每個分塊區域的預估復雜度進行光線追蹤任務的分發提供了數據基礎，能夠保證并行圖像繪制時各個節點之間負載均衡，有效縮短渲染時間。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

一種區域塊計算復雜度的預估系統，包括：

頻率值和深度預估值計算模塊，其用于對于追蹤的從相機到光源的一組光線，計算每個像素的頻率值和光路追蹤深度的預估值；

自適應采樣值計算模塊，其用于根據像素的頻率值，得到每個像素的自適應采樣值；