[發明專利]用于渲染符號距離函數的技術

在審

• 申請號: 202211055928.0
• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115731332A
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: H·漢松·瑟德蘭德;A·埃文斯;T·阿肯寧-莫勒
• 申請（專利權）人: 輝達公司
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T15/06;G06T15/50
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 高偉

本公開涉及用于渲染符號距離函數的技術。用于渲染一個或更多個圖形圖像的方法的一個實施例包括：在圖形場景中追蹤一條或更多條光線；計算與所述一條或更多條光線和一個或更多個表面的交點相關聯的一個或更多個表面法線，其中計算每個表面法線包括：計算與網格的多個相鄰體素相關聯的多個中間表面法線，并對所述多個中間表面法線進行插值；以及基于所述一個或更多個表面法線渲染一個或更多個圖形圖像。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2021年9月7日提交的序列號為63/241,472的題為“快速SDF網格相交和正態計算的技術”(TECHNIQUES FOR FAST SDF GRID INTERSECTION AND NORMALCOMPUTATIONS)的美國臨時專利申請的權益，并且還要求于2021年9月2日提交的序列號為63/240,317的題為“快速SDF網格相交和正態計算的技術”(TECHNIQUES FOR FAST SDFGRID INTERSECTION AND NORMAL COMPUTATIONS)的美國臨時專利申請的權益。這些相關申請的主題在此通過引用并入本文。

技術領域

本公開的實施例總體上涉及計算機科學和計算機圖形學，并且更具體地涉及用于渲染符號距離函數的技術。

背景技術

在三維(3D)計算機圖形學中，符號距離函數(SDF)通常用于表示對象的虛擬3D幾何形狀。SDF指定空間中的一個或更多個點到3D圖形場景中一個或更多個對象的表面的距離。從空間中的給定點，正距離表示該點在對象外，負距離表示該點在對象內。雖然非常有用，但SDF在用于渲染3D圖形圖像時會帶來多重挑戰。

首先，用于渲染SDF的傳統方法包括將球體從3D場景的觀察者追蹤到與由3D場景內的SDF表示的幾何體表面的交點。在不穿透該表面的步驟中追蹤連續的球體，直到達到與表面的交點。但是，追蹤靠近表面或遠離表面的球體可能是一個非常緩慢的過程。

當朝向由SDF表示的表面追蹤球體時，球體和該表面之間的交點可以通過求解表示到該表面的距離的三次函數的根來求得。一般來說，三次函數可以通過計算該三次函數的系數來從SDF導出。然而，用于計算該三次函數的系數的傳統技術需要重復許多相同的計算，這在計算上是低效的。

此外，用于確定圖像內的陰影和反射的渲染操作需要計算由SDF表示的表面的法線。然而，根據傳統技術計算的表面法線在用于存儲SDF的值的網格的體素上是不連續的。特別是，根據傳統技術計算的表面法線可能會突然改變方向。因此，使用傳統技術來計算表面法線渲染的圖像可能包括對象表面上光照的突然變化，這看起來像銳利的邊緣，即使那些表面在外觀上應該是光滑的。這些類型的偽影會降低整體圖像質量。

如前文所述，本領域需要用于在計算機圖形應用程序中渲染SDF的更有效的技術。

發明內容

本公開的一個實施例闡述了一種用于渲染一個或更多個圖形圖像的計算機實現的方法。該方法包括在圖形場景中追蹤一條或更多條光線。該方法還包括計算與一條或更多條光線與一個或更多個表面的交點相關聯的一個或更多個表面法線，其中計算每個表面法線包括：計算與網格的多個相鄰體素相關聯的多個中間表面法線，以及對多個中間表面法線進行插值。此外，該方法包括基于一個或更多個表面法線渲染一個或更多個圖形圖像。

本公開的另一個實施例闡述了一種用于計算像素顏色的計算機實現的方法。該方法包括在圖形場景中追蹤光線到光線與幾何體表面相交的命中點。該方法還包括基于與網格的多個對應體素相關聯的多個幾何體表面來計算多個中間表面法線。該方法還包括基于多個中間表面法線執行一個或更多個插值操作以計算命中點處的表面法線。此外，該方法包括基于表面法線計算第一像素顏色。