[發(fā)明專利]基于定義域和值域的卷積近似的著色器自動(dòng)濾波方法、裝置和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011139028.5
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號(hào): CN112258412B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑虎軍;王銳;鄭文庭;李仕
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 曹兆霞

本發(fā)明公開了一種基于定義域和值域的卷積近似的著色器自動(dòng)濾波方法、裝置和系統(tǒng)，包括：將著色器解析成以抽象語法樹組織的多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，將每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)看作隨機(jī)變量，針對每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，基于繪制計(jì)算函數(shù)的定義域，計(jì)算輸入中值和輸入方差在定義域內(nèi)的輸出中值和輸出方差，依據(jù)輸出中值和輸出方差獲得概率密度分布，以實(shí)現(xiàn)卷積近似，并以最后計(jì)算節(jié)點(diǎn)的輸出中值作為著色器自動(dòng)濾波結(jié)果。該方法和裝置通過增加定義域和值閾的方式，將每次進(jìn)行卷積近似計(jì)算約束在定義域和值閾內(nèi)，以避免卷積過程出現(xiàn)嚴(yán)重失職，進(jìn)而提高著色器濾波的普適性和質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖形繪制，信號(hào)濾波和自動(dòng)測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于定義域和值域的近似卷積的著色器自動(dòng)濾波方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

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(xù)信號(hào)的離散采樣。根據(jù)信號(hào)采樣定理，只有信號(hào)采樣頻率大于信號(hào)中最高頻率2倍時(shí)，采樣的數(shù)字信號(hào)才能完整保留原始信號(hào)中的信息。由于實(shí)時(shí)繪制對效率的約束導(dǎo)致采樣頻率不夠，從而產(chǎn)生了常見的走樣現(xiàn)象。在圖形學(xué)中，用于減少或消除這種效果的技術(shù)，就稱為反走樣。在顯示屏光柵圖形時(shí)，可以理解成用離散信號(hào)采樣物體表面連續(xù)的信號(hào)。由于屏幕設(shè)備像素有限，導(dǎo)致采樣率經(jīng)常不夠。因此，反走樣技術(shù)在圖形學(xué)繪制中一直都是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的課題。

超采樣和隨機(jī)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(jìn)行實(shí)用，但是計(jì)算代價(jià)太高，不適合用于實(shí)時(shí)繪制。隨機(jī)采樣在低采樣率時(shí)存在較大的噪聲，效果不穩(wěn)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(shù)逼近原方程或者引入概率密度函數(shù)，通過高斯函數(shù)的性質(zhì)和卷積計(jì)算實(shí)現(xiàn)對非線性空間的濾波方法。由于繪制方程是圖形學(xué)中最重要的著色計(jì)算公式之一，因此有大量的研究方法通過引入高斯函數(shù)和法向分布函數(shù)的方法，解決高光部分由于采樣不足導(dǎo)致的閃爍的走樣問題。工業(yè)界中最常用的是Lean mapping，即利用高斯函數(shù)在斜率域上逼近法向分布函數(shù)，通過對一階和二階矩實(shí)現(xiàn)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(shù)進(jìn)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(shù)，難以直接應(yīng)用到其他的方程中。楊等人提出一個(gè)新的自動(dòng)框架來構(gòu)建濾波的著色器并且產(chǎn)生光順的結(jié)果，詳見文獻(xiàn)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(gè)子程序。對于每個(gè)子程序應(yīng)用中值-方差概率統(tǒng)計(jì)方法，通過核卷積依次計(jì)算輸出節(jié)點(diǎn)的中值和方差，迭代上述過程，得到著色器輸出節(jié)點(diǎn)的概率密度函數(shù)，最后輸出節(jié)點(diǎn)的中值即作為濾波過后的結(jié)果輸出。然而，這種方法在卷積過程中可能出現(xiàn)嚴(yán)重失真，因?yàn)榈^程中并考慮到定義域和值域影響，在計(jì)算中值和方差過程中可能出現(xiàn)結(jié)果在值域以外。

因此，對任意著色器濾波仍然是一個(gè)有挑戰(zhàn)性的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于定義域和值域的卷積近似的著色器自動(dòng)濾波方法、裝置和系統(tǒng)，通過增加定義域和值閾的方式，將每次進(jìn)行卷積近似計(jì)算約束在定義域和值閾內(nèi)，以避免卷積過程出現(xiàn)嚴(yán)重失職，進(jìn)而提高著色器濾波的普適性和質(zhì)量。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：