[发明专利]一种光照模型系统及实现方法

权利要求书

1.一种光照模型系统，其中，以下所涉及的模块是通过硬件描述语言Verilog实现的，其特征在于，所述光照模型的实现系统包括：

环境光计算模块、漫反射光计算模块、镜面光计算模块、求和模块、运算单元；所述的运算单元包括倒数平方根查找表单元、对数查找表单元、幂次方查找表单元、向量计算单元和乘积单元；

所述环境光计算模块：实现光照模型中环境光部分的计算；

所述漫反射光计算模块：实现光照模型中漫反射光部分的计算；

所述镜面光计算模块：实现光照模型中镜面反射光部分的计算；

所述求和模块：实现光照模型的最终效果计算；

所述运算单元：完成光照模型所涉及的各种数学运算，包括倒数平方根运算、取对数运算、2的幂次方运算、乘法运算以及向量的加、减、内积运算；其中，所述运算单元包括：

倒数平方根查找表单元：实现倒数平方根运算；

对数查找表单元：实现取对数运算；

幂次方查找表单元：实现2的幂次方运算；

向量计算单元：实现向量的加、减、内积运算；

乘积单元：实现相关数据的相乘。

2.根据权利要求1所述的一种光照模型系统，其特征在于，所述倒数平方根查找表单元的数量为1个，所述对数查找表单元的数量为1个，所述幂次方查找表单元的数量为1个，所述向量计算单元的数量为2个，所述乘积单元的数量为3个。

3.根据权利要求1所述的一种光照模型系统，其特征在于，所述倒数平方根查找表单元、对数查找表单元和幂次方查找表单元完成一次操作分别需要1个时钟周期，所述向量计算单元完成一次向量操作需要3个时钟周期，所述乘积单元完成一次相乘操作需要1个时钟周期。

4.一种如权利要求1所述光照模型系统的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）镜面光计算模块根据输入端传来的数据调用运算单元逐步完成光照模型中镜面反射光的计算；

（2）在步骤（1）的同时，漫反射光计算模块根据输入端传来的数据调用运算单元逐步完成光照模型中漫反射反射光的计算；

（3）在步骤（1）、步骤（2）的同时，环境光计算模块根据输入端传来的数据调用运算单元逐步完成光照模型中环境光的计算；

（4）在步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）都完成后，求和模块完成环境光、漫反射光、镜面反射光以及发射光的和，即光照模型的最终效果计算，其求和采用现有公式（i）完成：

I=I_atm+I_dif+I_spc+I_emi

=K_aI_a+K_dI_d(N·L)+K_sI_s(N·H)^Ns+I_e   （i）

在公式（i）中,K_a表示材质的环境光反射系数，K_d表示材质的漫反射系数，K_s表示材质的镜面反射系数，I_a表示环境光，I_d表示光源的漫反射分量，I_s表示光源的镜面反射分量，I_e表示物体的发射光部分，N表示物体表面点的法向量，L表示物体表面点指向光源的向量，H为半角向量Ns表示物体表面的镜面指数。