[發明專利]基于定義域和值域的函數近似的著色器自動濾波方法、裝置和系統

有效

• 申請號: 202011138990.7
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112258411B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王銳;鮑虎軍;鄭文庭;李仕
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發明公開了一種基于定義域和值域的函數近似的著色器自動濾波方法、裝置和系統，將著色器解析成以抽象語法樹組織的多個計算節點；將抽象語法樹上的所有計算節點按照數據流方向劃分成多個目標子樹，每個目標子樹包含相鄰的多個計算節點；針對每個目標子樹，對目標子樹對應的繪制計算函數進行擬合函數逼近擬合，根據確定的擬合函數計算輸入中值和輸入方差在繪制計算函數的定義域內輸出中值和輸出方差，所述輸入中值和輸入方差為在數據流方向上與當前目標子樹相連的上一目標子樹的輸出中值和輸出方差；將最后目標子樹的輸出中值作為著色器自動濾波結果，來提高著色器濾波的普適性，效率和質量，從而提升反走樣技術的質量和適用范圍。

技術領域

本發明涉及圖形繪制，信號濾波和自動測試技術領域，具體涉及一種基于定義域和值域的函數近似的著色器自動濾波方法、裝置和系統。

背景技術

繪制過程中，屏幕像素顏色可以理解成為對于繪制物體表面連續信號的離散采樣。根據信號采樣定理，只有信號采樣頻率大于信號中最高頻率2倍時，采樣的數字信號才能完整保留原始信號中的信息。+由于實時繪制對效率的約束導致采樣頻率不夠，從而產生了常見的走樣現象。在圖形學中，用于減少或消除這種效果的技術，就稱為反走樣。在顯示屏光柵圖形時，可以理解成用離散信號采樣物體表面連續的信號。由于屏幕設備像素有限，導致采樣率經常不夠。因此，反走樣技術在圖形學繪制中一直都是學術界和工業界重點關注的課題。

超采樣和隨機采樣是兩種最早提出的方法，超采樣能夠從根本上解決采樣率不足的問題，因此常被作為精確值進行實用，但是計算代價太高，不適合用于實時繪制。隨機采樣在低采樣率時存在較大的噪聲，效果不穩定。因此，一些針對特定場景的高效濾波方法逐步被人提出。Mipmapping和SATs是對于紋理濾波最常用的兩種方法，并且Mipmapping具備通用硬件支持，但兩種方法均受限于線性空間。對于非線性方程，研究人員嘗試用高斯函數逼近原方程或者引入概率密度函數，通過高斯函數的性質和卷積計算實現對非線性空間的濾波方法。由于繪制方程是圖形學中最重要的著色計算公式之一，因此有大量的研究方法通過引入高斯函數和法向分布函數的方法，解決高光部分由于采樣不足導致的閃爍的走樣問題。工業界中最常用的是Lean mapping，即利用高斯函數在斜率域上逼近法向分布函數，通過對一階和二階矩實現對繪制方程的濾波。隨后，研究人員將Lean mapping增加考慮可見性、陰影，甚至直接對雙向反射分布函數進行濾波，拓展了原始方法的適用范圍。

然后上述方法是針對特定繪制方程或者分布函數，難以直接應用到其他的方程中。楊等人提出一個新的自動框架來構建濾波的著色器并且產生光順的結果，詳見文獻YANG Y.,BARNES C.:Approximate program smoothing using mean-variancestatistics,with application to procedural shader bandlimiting.In ComputerGraphics Forum(2018),vol.37,Wiley Online Library,pp.443–454。針對任意的著色器，首先將著色器分拆成很多子程序，依次濾波每一個子程序。對于每個子程序應用中值-方差概率統計方法，通過核卷積依次計算輸出節點的中值和方差，迭代上述過程，得到著色器輸出節點的概率密度函數，最后輸出節點的中值即作為濾波過后的結果輸出。然而，這種方法在卷積過程中可能出現嚴重失真，因為迭代過程中并考慮到定義域和值域影響，在計算中值和方差過程中可能出現結果在值域以外。

因此，對任意著色器濾波仍然是一個有挑戰性的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于定義域和值域的函數近似的著色器自動濾波方法、裝置和系統，來提高著色器濾波的普適性，效率和質量，從而提升反走樣技術的質量和適用范圍。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

第一方面，一種基于定義域和值域的函數近似的著色器自動濾波方法，將著色器解析成以抽象語法樹組織的多個計算節點，