[发明专利]用于表示场景中的参与介质的方法以及对应的设备

说明书

技术领域

本发明涉及计算机生成的画面的合成的领域，并且更具体地涉及计算机生成的画面中的同构或异构的参与介质的表示的领域。本发明还落入实况合成的特殊效果的范围。

背景技术

根据现有技术，存在不同的方法用于模拟在诸如例如雾、烟、尘土或者云这样的参与介质中的光的扩散(diffusion)。参与介质对应于由与光进行相互作用以具体地改变其路径和密度的空中微粒构成的介质。

参与介质可以被分为两个部分，亦即，诸如水这样的同构介质以及诸如烟或云这样的异构介质。在同构参与介质的情况下，能够以分析的方式计算由光源发送的光的衰减。实际上，作为它们的同构本质的结果，这些介质在该介质的任何点处都呈现恒定值的诸如光吸收系数或者光扩散系数这样的参数。相反地，光吸收和扩散属性随着异构参与介质中的点不同而变化。这样，模拟这样的异构介质中光的扩散所需的计算成本非常高，并且因此无法分析且实况地计算被异构参与介质扩散的光的量。另外，介质未扩散(也就是说介质的扩散是各向异性的)，被介质扩散的光的量还根据光扩散的方向(即，人观看该介质的方向)变化。这样，对于人观察该介质的每个方向，必须重复进行估计扩散的光的量的计算，以便获得关于该介质的真实呈现。

如果将虚拟场景1视为如图2所示那样，场景1包含参与介质10(例如，云)，则已知对具有图像平面14的像素P 100作为原点的光线13进行采样，图像14对应于从给定视点的场景的视图。对光线13进行采样的目的是能够以分析的方式计算光线13的样本220、221和222的每一个从光源11接收的光的量。为了计算在像素P 100的位置处接收的光的量，计算由光线13的每个样本发出的光的量的总和。因为只有参与介质的微粒具有扩散从光源接收的光的属性，所以只需要对跨越参与介质10的光线的部分进行采样。因为未清楚地定义参与介质的界限，所以已知产生围绕由参与介质10形成的体积的包围框12，仅对包含在该包围框12内的光线的部分进行采样。为了减少关于参与介质10在像素P的位置处接收的光的量所需的计算，已知尤其是在参与介质远离像素P时，限制包含在包围框中的光线13的样本的数量，由于参与介质10远离像素P 100，因此参与介质对像素P 100的照亮的贡献不那么重要。

对跨越包围框的光线13进行子采样造成的问题之一是实际属于参与介质的样本的数量可能相对于样本的全部数量很低，从而导致在估计被参与介质10扩散的光的量时的缺陷或严重的误差。图2例示了这样的问题，其中，对于包含在包围框中的片段上的光线13的三个样本220、221和222，仅样本221实际地属于参与介质10，其他两个样本220和222属于包围框但是不属于参与介质10。因为只有属于参与介质10的样本能够扩散从光源11接收的光，所以对由参与介质10扩散的光的量的估计将是非常近似的。在图2的示例中，三个样本之中只有一个实际表示参与介质10，并且有助于光的扩散的计算。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的这些不足之中的至少一个。

更具体地，本发明的目的是优化参与介质的表示以组成对虚拟场景的实况且真实的呈现。

本发明涉及一种用于呈现包含在场景中的参与介质的方法，所述介质被包围框限定，所述介质从距根据观看方向的视点确定距离处的视点呈现。为了表示参与介质，并且具体地表示其在所述场景中的界限，该方法包含以下步骤：

对于由所述包围框形成的体积的至少一个点，估计将该至少一个点作为原点并且根据其基部以该至少一个点为中心的至少一个半球分布的一组方向；

对于该组估计方向的至少一个部分中的每个方向，估计对应于该方向与参与介质之间的交叉的第一交叉点，对于该第一交叉点，相关联的密度值大于第一阈值，通过从对应于该方向与包围框之间的交叉的第二交叉点开始估计所述第一交叉点；以及

对于该组估计方向的至少一个部分中的每个方向，根据表示分开所述第一交叉点和所述第二交叉点的距离的信息项，估计对应于观看方向与参与介质之间的交叉的第三交叉点。

根据具体的特征，该方法包含以下步骤：根据表示分开所述第一交叉点和第二交叉点的距离的值估计函数基中的投射系数，所述信息项表示对应于所估计的投射系数的距离。

根据具体的特征，根据观看方向分开视点的参与介质的距离大于第二阈值，由包围框形成的体积中的至少一个点对应于包围框的中心，该组估计方向根据中心位于包围框的中心上的球分布。

有利地，函数基是球函数基。