[發明專利]一種分布式光子映射方法

有效

• 申請號: 202110033745.8
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112764921B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 王璐;徐翔;徐延寧;孟祥旭;林皎
• 申請（專利權）人: 山東大學;無錫恒鼎超級計算中心有限公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06E1/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本發明公開一種分布式光子映射方法，包括：由處理器的主節點根據發射至場景的光線以及光線與場景求交后的著色點，構建光子樹和著色點樹；主節點遍歷光子樹和著色點樹得到包含著色點及其對應光子的光子映射任務，并將光子映射任務發送至空閑從節點，使空閑從節點執行光子映射任務得到著色點輻照度估計值；主節點根據著色點輻照度估計值生成場景圖像。使用分布式計算方式處理大規模的光子，將光子收集任務分配給多個計算節點，并行地進行大規模光子的收集；同時充分利用光子以及著色點的空間連貫性，保證各個節點之間的光子數據以及計算任務均衡。

技術領域

本發明涉及真實感繪制技術領域，特別是涉及一種分布式光子映射方法。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

真實感繪制是指通過模擬真實世界中光線與物體之間的作用(反射，折射，投射等)，生成與真實世界中拍攝的照片難以區分的圖像的方法。全局光照是真實感繪制中至關重要的部分，是指除計算物體表面從光源接收到的直接光照外，還要計算經過場景中物體間相互作用后到達物體表面的光照，以及物體本身的光照。

光子映射算法(Photon mapping,PM)作為全局光照的重要解決方案之一，與其他算法相比在模擬如焦散、體渲染等效果方面有著明顯優勢。光子映射算法可以分為兩個主要階段：構造光子圖和繪制。在第一個階段，光子從光源中射出并在場景中多次反彈，然后通過記錄光子與場景的交點生成光子圖，并進一步將光子圖組織成層次結構(例如KD樹)。在第二階段，通過估計著色點周圍的光子密度來計算著色點的間接光照。最后，合并間接光照和直接光照的結果得到完整的全局光照。

發明人發現，在復雜光照的三維場景中，如果想要得到噪聲小的繪制結果需要發送大量的光子，存儲這些光子帶來了巨大的內存壓力。通常的做法是使用漸進式光子映射算法，繪制過程中多次發射光子，每一輪繪制只需要少量光子，但是在這種方法中光子不能重復利用，每次繪制都需要重新生成光子。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種分布式光子映射方法，使用分布式計算方式處理大規模的光子，將光子收集任務分配給多個計算節點，并行地進行大規模光子的收集；同時充分利用光子以及著色點的空間連貫性，保證各個節點之間的光子數據以及計算任務均衡。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

第一方面，本發明提供一種分布式光子映射方法，包括：

由處理器的主節點根據發射至場景的光線以及光線與場景求交后的著色點，構建光子樹和著色點樹；

主節點遍歷光子樹和著色點樹得到包含著色點及其對應光子的光子映射任務，并將光子映射任務發送至空閑從節點，使空閑從節點執行光子映射任務得到著色點輻照度估計值；

主節點根據著色點輻照度估計值生成場景圖像。

第二方面，本發明提供一種電子設備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成第一方面所述的方法。

第三方面，本發明提供一種計算機可讀存儲介質，用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執行時，完成第一方面所述的方法。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明能夠分布式地對大規模光子進行組織，大大減少光子組織時間，同時充分利用了光子的空間連續性，提高了光子訪問效率，在不同層次對光子數據進行了劃分。

本發明能夠分布式地對著色點進行組織，提高了處理器對著色點訪問的效率，并且多層次地將著色點任務進行了劃分。

本發明能夠充分利用各個分布式計算節點的計算能力，減少延遲，能夠利用大規模的光子圖進行光子收集，在保證圖像繪制質量的前提下更快速地收集光子，計算光亮度。