[发明专利]基于NURBS曲面的射线追踪方法及系统有效

专利信息
申请号: 201910604272.5 申请日: 2019-07-05
公开(公告)号: CN110208769B 公开(公告)日: 2022-12-06
发明(设计)人: 徐乐;霍晋聪;李蕊;史小卫;杨晓宁;杨勇;毕研强 申请(专利权)人: 西安电子科技大学;北京卫星环境工程研究所
主分类号: G01S7/41 分类号: G01S7/41
代理公司: 陕西电子工业专利中心 61205 代理人: 王品华
地址: 710071 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 基于 nurbs 曲面 射线 追踪 方法 系统
【权利要求书】:

1.一种基于NURBS曲面的射线追踪系统,其特征在于,包括:

第一级拒绝检测模块(1),用于对每个曲面元构造各自的坐标轴排列包围盒AABB,若射线与某AABB不相交,则射线与该AABB对应的曲面元没有交点,排除该AABB所包含的曲面元,将保留下来的曲面元确定为初始曲面元集;

第二级拒绝检测模块(2),用于为初始曲面元集中的曲面元建立各自的三角面元控制网络,若射线与某三角面元控制网格不相交,则射线与该三角面元控制网格对应的曲面元没有交点,排除该控制网络对应的曲面元,将保留下来的曲面元确定为目标曲面元集;

线-曲面相交检测模块(3),用于应用极值搜索法迭代求解三角面元控制网络对应的曲面元与射线的交点,即先根据射线与某三角面元控制网络的交点个数k,再结合非均匀有理B样条NURBS的性质,得到与极值搜索法匹配的初始值与迭代区域,然后利用得到的初始值与迭代区域,应用极值搜索法迭代求解三角面元控制网络对应的曲面元与射线的交点;

轨迹追踪模块(4),用于选取与射线源点最近的照亮交点,并应用菲涅尔定律获得射线的反射方向,再将被照亮交点作为起点,将反射射线作为新的入射射线继续追踪,形成递归,从而实现射线轨迹追踪。

2.根绝权利要求1所述的系统,其特征在于,所述线-曲面相交检测模块(3)包括:

迭代初始值与区域选择子模块(31),用于选择与极值搜索法匹配的迭代初始值与迭代区域,利用射线与某三角面元控制网络的交点个数k,k≤2,结合非均匀有理B样条NURBS的性质,确定迭代区域:若k=1,则以该三角面元控制网络对应曲面元的参数域直接作为迭代区域,以迭代区域中心的参数值作为初始迭代值;若k=2,则将该曲面元的参数域均匀的分为四个区域分别作为迭代区域,以各迭代区域中心的参数值作为初始迭代值;

迭代求交子模块(32),用于利用迭代初始值与区域选择模块得到的迭代初始值与区域,应用极值搜索法迭代求解三角面元控制网络对应的曲面元与射线的交点。

3.一种基于NURBS曲面的射线追踪方法,其特征在于,包括如下:

1)根据非均匀有理B样条NURBS曲面的节点距信息,将NURBS曲面表示为多个相连的NURBS曲面元;

2)利用NURBS曲面元的强凸包性质为各曲面元建立各自的坐标轴排列包围盒AABB,若某入射波射线与某AABB包围盒不相交,则该射线与该AABB包围盒对应的曲面元没有交点,排除该AABB包围盒所包含的曲面元,将保留下来的曲面元确定为初始曲面元集;

3)利用初始曲面元集中各曲面元的控制顶点建立各自的三角面元控制网络,若某入射波射线与某三角面元控制网格不相交,则该射线与该三角面元控制网格对应的曲面元没有交点,排除该控制网络对应的曲面元,将保留下来的曲面元确定为目标曲面元集;

4)应用极值搜索迭代方法,获取某入射波射线和某曲面元的交点:

4a)利用射线与平面元的相交测试方法,获得射线与曲面元对应的三角面元控制网络的交点个数k,k≤2;

4b)根据k的不同情况,结合NURBS曲面元在节点距内具有最高连续性的性质,确定与极值搜索法匹配的迭代区域与初始迭代值:

4b1)当k=1时,射线与曲面元最多存在一个交点,直接将该曲面元的参数域作为迭代域[ui,ui+1)×[vj,vj+1),参数域的中心作为初始迭代值,其中,u与v是NURBS曲面的两个参数,且0≤u,v≤1,下标i与j表示参数的节点坐标,且0≤i≤n-1,0≤j≤m-1,n,m分别是u,v方向上B样条基函数的个数,[·)表示节点距,[·)×[·)表示两个方向的节点距组成的参数元;

4b2)当k=2时,需对该曲面元的参数域进行细分后再进行迭代:即将该曲面元的参数域等分为四个区域分别作为迭代区域,将这四个区域中点的参数值作为初始迭代值;

4c)根据已获得的初始迭代值与迭代区域,应用极值搜索方法迭代求解该射线与该三角面元控制网络对应曲面元的交点;

5)根据4)获取某入射波射线和某曲面元交点的方法,获得该射线与构成目标的所有曲面元的全部交点,然后利用几何关系,获得距离该射线源点最近的被照亮交点,并应用菲涅尔定律获得射线的反射方向,再将被照亮交点作为起点,将反射射线作为新的入射射线继续追踪,形成递归,实现射线轨迹追踪。

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