[发明专利]一种基于点缓存的光子映射加速方法

权利要求书

1.一种基于点缓存的光子映射加速方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.光子跟踪阶段；从光源处向场景中发射一定数量的光子，然后跟踪这些光子的运动轨迹，将与物体发生碰撞的光子的信息记录下来并保存到光子图中；

步骤2.预处理阶段；预计算辐照度，并保存到点缓存中；且在计算完辐照度后，继续计算着色器；将得到的颜色值以点缓存的形式保存起来；具体如下：

步骤(2.1)：按照像素生成的顺序选取采样点；

步骤(2.2)：在采样点位置x处查找其在全局光子图中最近邻的k(k≥1)个光子，并利用这k个光子对该采样点进行辐照度的计算；

步骤(2.3)：将计算得到的辐照度值作为漫反射材质着色器的一个参数，参与计算；最终计算出物体表面上采样点的颜色；

步骤(2.4)：得到该采样点预计算的颜色值后，再将该采样点的位置、表面法向和其颜色值保存到点缓存文件中；

步骤3.渲染阶段；根据光线跟踪算法渲染，在光线与物体表面的交点处根据物体表面属性，发射跟踪反射，折射，漫反射的光线；最终聚集算法发射N条漫反射光线，每条漫反射光线与场景物体相交，返回离交点最近的点缓存中采样点的颜色值，将N个点缓存中采样点的颜色值经过均值计算，得到的均值为间接光照颜色值，最后再与直接光照颜色值相加得到最终图像。

2.如权利要求1所述的基于点缓存的光子映射加速方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下步骤：

步骤(1.1)：从光源处随机发射一定数量的光子，随机确定光子方向，并在场景中按照光线追踪算法中追踪光线的方式追踪光子光线；

步骤(1.2)：光子在所碰撞的物体表面被反射、吸收或者直接穿过表面进入物体内部；当光子碰撞在漫反射表面时保存光子信息到光子图中。

3.如权利要求1所述的基于点缓存的光子映射加速方法，其特征在于，所述步骤(2.2)的计算公式如下：

计算公式如公式(1)所示；

公式(1)中的即在采样点位置x处计算的辐照度，w为采样点x的入射光线方向， w_i为第i个光子的方向，x_i为第i个光子的位置，Φ_i是第i个光子能量，r(x)是k个光子中离采样点x最远的光子和x的距离；f_r是双向反射分布函数，即表示入射辐照度和出射辐照度之间的比重。

4.如权利要求3所述的基于点缓存的光子映射加速方法，其特征在于，所述步骤(2.3)中描述的漫反射材质着色器用于计算物体表面颜色，包括计算物体表面的辐射度信息和计算物体的表面颜色信息；物体表面的辐射度信息在光子映射算法中是由光子计算的，如步骤(2.2)所示；物体表面的颜色信息由表面纹理颜色和物体表面的辐射度乘积得到。

5.如权利要求1所述的基于点缓存的光子映射加速方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下步骤：

步骤(3.1)：按照光线跟踪流程渲染场景，从屏幕空间发射光线与场景求交，按照物体表面着色器计算交点颜色；按照着色器的描述，在漫反射表面，将执行步骤(3.2)和步骤(3.3)；

步骤(3.2)：在漫反射表面从着色点处随机向着色点所在空间的半球内发射N条最终聚集的采样射线，并计算每条射线与场景的交点；

步骤(3.3)：利用交点的坐标信息搜索其在点缓存文件中的最近邻点，获取最近邻点保存的颜色值做返回；并将该值根据采样射线从着色点到交点的长度来进行衰减，将衰减后的N个颜色值进行均值计算后作为着色点的间接光照值；

步骤(3.4)：按照着色器的描述，将着色点处的直接光照值和间接光照值相加，作为光线的返回值，将颜色返回给屏幕空间，组成图像。