[发明专利]光源可见性复用范围的自适应3D场景绘制方法

说明书

本发明涉及一种根据位置自适应控制光源可见性复用范围的3D场景绘制方法，该方法根据待绘制场景点及其邻近可视场景点与特点光源采样点的连线夹角大小来控制光源可见性复用范围，而不是简单地仅通过可视场景点间距控制光源可见性复用范围。本方法对于不同可视场景区域的待绘制可视场景点，可以自适应地确定与之匹配的可见性复用范围，达到增强光源可见性复用准确性的目的，进而提高3D场景的直接光照效果绘制质量。

技术领域

本发明涉及一种根据位置自适应控制光源可见性复用范围的3D场景绘制方法，属于真实感3D场景绘制技术领域。

背景技术

绘制面光源照射的3D场景比绘制点光源照射的3D场景的开销更大。在绘制3D场景时，对于每个可视场景点，需要计算面光源对可视场景点产生的直接光照值。通常使用蒙特卡罗积分求解方法来估计面光源对可视场景点产生的直接光照值；这需要在面光源上产生一定数目的采样点，并计算每个采样点与可视场景点之间的可见性。发表在《ACMTransactions on Graphics》1996年15卷1期1～36页的论文详细介绍了蒙特卡罗直接光照值估计技术。为了减小蒙特卡罗积分求解误差，往往需要在面光源上产生大量采样点；测试每个采样点与可视场景点的可见性是重要的计算开销。如何减小这一开销是3D场景绘制的一个研究重点。值得注意的是，一个面光源对两个邻近可视场景点的可见性通常存在一定的空间相关。充分利用这种空间相关性，可以在使用蒙特卡罗积分求解方法估计面光源对可视场景点的直接光照值时，通过复用邻近可视场景点的光源可见性计算结果，以实现减小计算开销的目的。实际上，不同可视场景区域中的两个相邻可视场景点与同一个光源采样点连线所夹的角的大小并非总是相等。如图1所示，两个相邻可视场景点V₁和V₂与光源采样点q的连线所夹的角比两相邻可视场景点V₃和V₄与光源采样点q的连线所夹的角小。这种夹角大小差异会影响相邻可视场景点的光源可见性的空间相关大小。对于两个邻近可视场景点情形，上述问题同样存在。很明显，更大的夹角导致光线传输路径方向差异更大，因而邻近可视场景点的光源可见性相关通常更小。复用不相关的可视场景点的光源可见性计算结果会降低3D场景直接光照效果绘制质量。所以，在复用邻近可视场景点的光源可见性时，应该根据待绘制可视场景点所处位置，自适应地控制复用范围大小，以提高复用准确性。本发明针对面光源照射的3D场景的直接光照效果绘制问题，根据待绘制可视场景点位置自适应地控制光源可见性复用范围，从而提高3D场景的直接光照效果绘制质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种根据位置自适应控制光源可见性复用范围的3D场景绘制方法，其根据待绘制可视场景点位置自适应地控制光源可见性复用范围，达到增强光源可见性复用准确性的目的，进而提高3D场景的直接光照效果绘制质量。

本发明的技术方案是这样实现的：根据位置自适应控制光源可见性复用范围的3D场景绘制方法，其特征在于：把虚拟相机放在视点位置，按照相机观察参数，利用光线投射技术绘制3D场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线 A001和虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与3D场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与3D场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点 A002为一个可视场景点，同时在面光源上随机产生NUM个服从均匀分布的光源采样点 A003，记录这NUM个光源采样点A003的空间位置，并计算每个光源采样点A003与交点 A002之间的可见性VIS；对于每个交点A002，通过复用交点A002的在一个特定区域内的邻近可视场景点的面光源采样点及可见性计算结果来加速计算面光源对交点A002的近似直接光照值；具体实现步骤如下：

提供一种数据结构LSPD，用于存储与面光源采样点相关的数据；数据结构LSPD包括光源采样点的空间位置和光源采样点的可见性共两个成员变量。

1)实现对面光源的采样，以及计算面光源采样点与可视场景点之间的可见性，具体步骤如下：