[发明专利]自适应的屏幕空间环境光遮蔽方法

说明书

技术领域

本发明涉及图形绘制技术领域，尤其涉及一种自适应的屏幕空间环境光遮蔽方法。 

背景技术

环境光遮蔽（Ambient Occlusion，AO）是虚拟场景绘制中一种十分重要的视觉效果。通过表现从周围环境漫反射过来的光线能够达到当前点的比例，环境光遮蔽能够有效提供关于场景中物体之间的位置关系和物体表面的起伏情况的重要视觉信息，例如在柱子和地面的接触处的明显阴暗区域，以及衣服表面的复杂褶皱细节产生的明暗变化等。环境光遮蔽被广泛的应用到电影和游戏等工业中，几乎出现在所有的最新CG电影和互动游戏中，如《阿凡达》、《飞屋环游记》、《星际争霸II》等。 

环境光遮蔽通过在场景中的点上产生一个标量值来描述由这点向各个方向出射的光线被遮挡的概率，这一标量值可以用来产生全局的遮挡效果，并为用户提供关于场景中物体之间的位置关系和物体表面的起伏情况的重要视觉信息。计算环境光遮挡的可通过在半球面上对可见性函数的积分来得到，定义如下： 

                   （1）

公式（1）是一个方向积分，是点朝向法线方向的半球面上的方向集合，是点到其沿方向与场景的第一个交点的距离，是距离衰减函数,是方向跟点法向的夹角，。衰减函数从1开始衰减并在某个固定距离下衰减到0，我们把这个用户指定的固定距离记作采样半径R。

在电影工业等离线渲染器中，现有技术使用光线跟踪方法计算可见性函数，并用蒙特卡罗（Monte Carlo）积分计算公式（1）。该方法能够精确的绘制环境光遮蔽，但光线与场景的求交运算非常耗时。为了加快光线跟踪计算速度，现有技术采用了静态场景预计算或者简化场景表达等手段，此类方法可参考Sloan P, Kautz J, Snyder J. Precomputed radiance transfer for real-time rendering in dynamic, low-frequency lighting environments. ACM Transactions on Graphics, 2002, 21(3): 527 - 536; Kontkanen J, Aila T. Ambient Occlusion for Animated Characters[C]//Proceedings of the Eurographics Symposium on Rendering. Nicosia, 2006: 343-348; Bunnell M. GPU Gems 2: Programming Techniques for High-Performance Graphics and General-Purpose Computation[M]. California: Addison-Wesley, 2005: 223-233。这些方法的主要问题在于，其计算复杂度和场景本身的复杂度相关，因此很难在像游戏这样的实时复杂三维系统中得到广泛应用。