[发明专利]引导基于点的重要性因子抽样

说明书

技术领域

本发明一般地涉及计算机图形学，更具体地，涉及一种有效渲染由使用光线跟踪的间接光所照明的场景的计算机系统和步骤。

背景技术

用于高质量电影中的渲染图像需要是高质量的。全局照明是一种用于计算机图形学中以将更多真实光照增加到这些场景中的技术。全局照明不仅考虑直接来自置于该场景中的光源的光(直接照明)，还要考虑由该场景中其他面所反射的光线(间接照明)。例如，单独使用直接照明，阴影显现为黑色，因为在该阴影区域中不存在任何直接照明。通过对比，全局照明允许光弹射在该场景周围，在其最终反射到该虚拟摄像机之前。结果，也能看见在该阴影区域中的具体内容。

传统上，使用称作为蒙特卡罗光线跟踪方式(也称作为分布式光线跟踪)来计算全局照明。路径跟踪是一种使用该蒙特卡罗方式通过跟踪来自穿过在像面中像素的虚拟摄像机随后进入该场景的光线路径以生成图像的技术。测试每一个光线以与该场景中的对象相交。如果光线击中面，该光线跟踪算法跟踪作为抽样该场景的光线的补充的反射和/或折射光以捕获次级光照效果，其所有可能击中该场景中的其他面。通过递归地跟踪所有这些光线，可获得高度的图像真实感。在每一个光线交叉点处，可实施描影操作以估算由于该交叉对正确颜色的贡献。

重复使用蒙特卡罗方法，随机抽样以确定概率上可能的结果。另一种蒙特卡罗光线跟踪技术-聚集(也称作最终聚集)-使用随机抽样以随机地以围绕特定地点的半球方式发射出光线用来确定即将到达该地点处的照明。也将该确定称作照明整体。该方法减少了发送无限数量的相依赖的反射和/或折射光线的复杂度。

一些场景仅仅由少量的间接光来照明。为了精确计算该间接照明，这些场景需要数个数量级的更多抽样光线以充分地确定在没有显著背景“噪声”下每一个抽样地点的即将到来的光能(光照强度)数量，该“噪声”在计算机图形学应用中可能导致非现实和不想要的照明的渲染。图5A-B示出了由少量间接光所照明的场景的实施例，导致有噪声的照明，其可能以点状描影，不均匀描影，无图像真实感描影，低质量描影等来特征化。为了提高该图像的质量并减少该噪声，需要多个数量级的更多光线用来抽样该场景。

也可使用称作光子映射的方式来计算全局照明。在光子映射中，能量的离散粒子，称为光子，自光源发出并弹射在该场景周围。当这些光子与该场景内的面交互时，将这些光子中的一些的能量沉积于该面上。以称作光子映射的结构对该能量沉积进行存储，映射。跟随该光子的路径直到该光子的能量消散。该方法非常计算集约化：需要大数量的光子以充分抽样场景。而且，光子可能与在该摄像机视角外的面交互，如由该场景中其他对象闭塞的那些抽样地点，导致不必要的、耗时的计算。最终，在该场景内的光子的分布可能是不规则的。许多光子可能与较低能量面交互，而较高能量面可能与较少光子交互。

将另一种全局照明方式称作为基于点的全局照明(PBGI)方式。(参见Per H.Christensen，“Point-based approximate color bleeding，”Pixar Technical Memo#08-01(July 2008)，此后称作为“Christensen 2008.”)PBGI涉及用于该间接照明整体和闭塞整体的解。在解出这些整体之前，将该场景中的直接照明的几何体由点云表述来表现，其在该场景渲染之前在预计算阶段中生成。

在点云中的点是在包含能量信息的三维空间中的点。在一实施例中，点可能是点元的数据表述，其是组成场景内不同对象的小圆盘形面的元件。如Christensen 2008中所述的一样，将不同对象的面再分为小的微多边形，将发自每一个微多边形(如辐射)的光能(其可能包括反射能量)存储于每一个点。点也能够存储其他信息，包括地点，曲面法矢，有效面积，点半径等。如Christensen 2008中所述的一样，存储在点内的该有效面积和该点半径不是同一回事；相反，他们是该点的尺寸的两种不同表述。该点半径限制了该点表述的微多边形。这确保了由这些点完全覆盖了这些面而没有其间的间隙。该有效面积是该点的真实面积，其小于对应于该点半径的面积。