[发明专利]用于光线跟踪中的图元相交的系统和方法

说明书

相关申请的交叉应用

本申请要求2010年4月29日递交的、标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR PRIMITIVE INTERSECTION IN RAY TRACING”的美国临时专利申请号61/329,265的优先权并且为了一切目的通过参考的方式将该申请整体并入本文。

技术领域

下文概括而言涉及例如在渲染3D场景的2D表示时可以使用的光线跟踪系统，并且更具体而言涉及用于测试光线与表面的相交的方法(“相交测试”)的改进。

背景技术

利用光线跟踪来从3D场景描述渲染照片级的2D图像是在计算机图形领域公知的。光线跟踪通常涉及获得由几何形状构成的场景描述，其描述场景中的结构的表面，并且可以被称为图元。常见的图元形状是三角形。

从观察点(“照相机”)将虚拟光线跟踪成场景；发出每个光线以传播经过2D表示的相应像素，该光线可能对该2D表示具有影响。测试光线与场景图元的相交，以便确定每个光线的最靠近的相交图元(如果有的话)。

在确定给定光线的相交之后，与该图元相关联的着色器确定接下来发生什么。例如如果该图元是镜子的一部分，则发出反射光线以确定光是否从光源击中相交点，或者在更复杂的情况中，表面下反射，以及散射可以被建模，这可能导致相交测试出不同光线的发出。作为另一个实例，如果对象的表面粗糙而不平滑，则该对象的着色器可以发出光线来建模该表面上的漫反射。这样，找到光线与图元之间的相交是在确定是否以及什么类型的光能量可以借助给定光线到达像素时的步骤。

当发现图元与光线相交，并且要执行用于该相交的着色器时，基于在该图元上发现相交的位置来定义光线的相交点。该相交点可以作为当对该相交着色时着色器可以投射的子光线的原点。用于检测光线与表面之间的有效相交的算法仍然希望得到改进。

附图说明

图1描述了在定义要渲染的场景中的对象或表面时可以使用的多个三角形图元的基于顶点的表示的实例；

图2描述了这样一种情况，在该情况中，在光线与特定表面(例如由图元定义的表面)的相交测试期间，取决于正在进行相交测试的表面与光线的相对方向，光线和边缘的相对位置可以夹在该表面的不同侧上；

图3描述了一种过程，通过该过程基于使用几何图元的边缘的相交测试过程来测试该几何图元与光线的相交；

图4和图5描述了一种情况，其中由多个图元共用相同的边缘，并且用于定义该边缘的顶点的重新排序使得沿一致的方向或者根据场景范围内的规矩来测试该边缘；

图6描述了一种通过使用顶点对中的顶点的相对位置来确定一致方向的方法；

图7描述了用于确定定义了边缘的顶点的相对优先级(precedence)或方向的总体过程；

图8描述了可以生成的数据结构并且该数据结构包括可用于一致地定向在相交测试期间使用的边缘的信息；

图9描述了可以在其中实施本文所述的方案的系统；以及

图10描述了在本文所公开的方案的实施中可以使用的示例性系统构造。

具体实施方式

下文主要涉及使用光线跟踪作为渲染3D场景的2D表示的机制。通常由设计内容如视频游戏、运动图像、动画广告、工业模型、架构特征(如建筑物)等等的艺术家创建(指定)要渲染的3D场景。艺术家可以是人或使用创作工具的人或者甚至可以自身主要是由软件驱动的。为了产生表示3D场景的内容，艺术家面临大量挑战。一方面，艺术家描述场景和在其中的对象的边界(表面)。这种物理边界的描述可以很详细。例如使用计算机辅助设计(CAD)设计的汽车的有用的模型需要汽车的组件的精确的规格以及它们彼此的空间关系。

艺术家还描述场景对象的表面应该看起来如何和如何工作。例如，汽车的准确的模型应该将窗户玻璃表示得与前灯玻璃不同、与涂漆面不同。例如在视频游戏中，艺术家将皮肤表面建模得与头发表面不同，诸如此类。