[發(fā)明專利]一種基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法

有效

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• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113298925B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 鄒劉磊;談欣;孫哲元;朱洪錦;范洪輝
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G06T15/06
• 分類號: G06T15/06;G06T15/00
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 姜曉鈺

本發(fā)明公開了一種基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法，其技術方案要點是：包括預處理步驟與運行時步驟兩個部分，當向場景發(fā)射若干光線并跟蹤相應散射光線以計算圖像時在運行前執(zhí)行預處理步驟，若在運行過程中場景發(fā)生變動時，則執(zhí)行運行時步驟；所述預處理步驟包括以下步驟：S1.從光源發(fā)射若干光線，或從視點發(fā)射反向跟蹤的若干光線；S2.計算各個光線在三維虛擬場景中的傳播路徑，并計算光線與場景中模型的碰撞點信息；本基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法根據(jù)預處理中存儲的光線路徑，基于路徑復用的思路，僅處理物體變動前后區(qū)域的光線，能夠實現(xiàn)在游戲與影視等光線追蹤應用中，對動態(tài)場景的加速渲染。

技術領域

本發(fā)明涉及計算機圖形學中全局光照領域，特別涉及一種基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法。

背景技術

光線追蹤大量應用于游戲制作、虛擬現(xiàn)實、影視特效等應用中，1968年Appel提出光線投射算法，標志著光線追蹤體系的開始，后續(xù)發(fā)展出提出于1979年的遞歸式光線追蹤，該算法在前者基礎上，加入光線與物體表面的交互，使光線在物體表面沿著反射、折射及散射方式上繼續(xù)傳播，直至與光源相交。

分布式光線追蹤于1984年提出，該算法把蒙特卡洛算法引入到光線追蹤領域，利用多道光線對折射、反射及陰影區(qū)域進行處理。1986年提出的路徑追蹤，其主要思想是從眼睛發(fā)射一束光線，光線與物體表面碰撞時，根據(jù)物體表面的屬性繼續(xù)采樣一個方向，射出另一束光線，如此迭代，直至碰撞光源，然后用蒙特卡洛方法進行計算。這三種為單向方法的代表。隨后，發(fā)展出雙向路徑追蹤(1993年與1994年)、光子映射(1996年)、梅特羅波利斯光照傳輸(1997年)為代表的雙向方法。

其中，雙向路徑追蹤從視點與光源同時發(fā)射光線并將兩者連接，以進行光線路徑的復用。光子映射通過光子密度估計的方式快速建立有效路徑。梅特羅波利斯光照傳輸對現(xiàn)有路徑進行突變，快速獲得大量相似的路徑，由于狀態(tài)空間的不同，分成了路徑空間與原采樣空間兩類截然不同的方法。在后續(xù)的發(fā)展中，雙向方法又各自衍生出不同的體系。

光線追蹤體系中，光子映射、虛擬光源等技術，在生成圖像前計算并存儲光線的部分信息，因此在靜態(tài)場景下由于預處理的步驟，這類算法渲染十分快速，但在動態(tài)場景下并不十分適合。

發(fā)明內容

針對背景技術中提到的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法，以解決背景技術中提到的問題。

本發(fā)明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現(xiàn)的：

一種基于光線路徑復用的動態(tài)場景渲染加速方法，包括預處理步驟與運行時步驟兩個部分，當向場景發(fā)射若干光線并跟蹤相應散射光線以計算圖像時在運行前執(zhí)行預處理步驟，若在運行過程中場景發(fā)生變動時，則執(zhí)行運行時步驟；

所述預處理步驟包括以下步驟：

S1.從光源發(fā)射若干光線，或從視點發(fā)射反向跟蹤的若干光線；

S2.計算各個光線在三維虛擬場景中的傳播路徑，并計算光線與場景中模型的碰撞點信息；

S3.設置光線Light相對應的完整傳播路徑為：從場景中一點開始，經過各個光線散射的碰撞點，直到結束的全體路徑，將其表示為各個碰撞點的連線，即(Point1,Point2,Point3,……,PointN)，記為Path，存儲場景中所有的Path，運行時使用所有的Path即可直接生成靜態(tài)場景對應的圖像，如果場景發(fā)生變動則執(zhí)行以下步驟并重新計算部分Path；

所述運行時步驟包括以下步驟：

S4.選取一隨機數(shù)N，隨機選取N段Path并棄用；

S5.對于每一個發(fā)生變動的物體，記變動前為Entity，變動后為Entity’；