[发明专利]一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法

权利要求书

1.一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，将网格物体的三角形存入kDopTree，其中，kDopTree是一种基于方差分割的树结构；

步骤2，将网格物体的空间均匀分割成空间块，进而对每个空间块进行空间的预探索获得场景物体的位置信息；

步骤3，在空间块内生成采样射线，对于步骤2得到的每一个空间块Box,其边界分别为块最小值Box.Min，块最大值Box.Max，空间块的中心位置Box.Center＝(Box.Min+Box.Max)/2，从中心位置均匀发射出M条射线，射线的方向记为Ray.Dir,每条射线和步骤1中的kDopTree中的三角形求交点P，得到块中心到网格物体的最小长度；计算每个块到网格物体的最小长度；

其中，P＝Intersect(Ray.Dir,Mesh.Triangles)，P为交点，Ray.Dir为射线的方向，Mesh.Triangles是网格物体内的三角形；

步骤4，获取空间块内射线探索和网格三角形的交点，得到最小长度，逐级判断射线和树子节点范围的位置关系；

步骤5，将空间块的最小长度存入3D纹理；

步骤6，建立网格物体和3D纹理内数据的对应关系，根据步骤2中得到的空间块，创建3D纹理，且每一个纹理的像素对应一个空间块，像素值对应空间块到网格物体的最小距离；

步骤7，步进像素并读取3D纹理数据计算阴影。

2.根据权利要求1所述的一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于：在步骤2中，将网格物体的空间均匀分割成空间块，具体如下：网格物体内一个三角形的顶点位置坐标记为Vertex(x,y,z)，循环网格物体的所有三角形的顶点比较得到最大值Max、最小值Min，网格物体的空间范围即Max-Min，把这个范围在x，y，z方向均分为N等分，得到N的3次方个空间块。

3.根据权利要求1所述的一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于：所述步骤4具体如下：根据步骤3中产生的各个射线方向，计算出各个空间块和网格物体的最小长度的交点，计算交点需要通过步骤1中的kDopTree对遍历射线和三角形相交加速，从树的根节点开始，判断射线Ray和根节点的Box是否相交，依次计算Ray和Box六个面的交点坐标并判断交点是否在Box内，如果有一个交点在Box内，退出循环，进入下一级子节点的相同判断，如果子节点也相交并且为叶子节点，射线Ray依次判断和叶子节点内三角形的交点方法同步骤3，计算出长度后保存，开始下一个射线Ray的相同计算过程，比较前后交点的长度，最后得到最小长度，逐级判断射线和树子节点范围的位置关系。

4.根据权利要求2所述的一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于：所述步骤5具体如下：根据步骤4得到每个空间块到网格物体最小长度的射线方向和长度，将长度信息写入3D纹理，用于步进像素射线Ray计算像素的阴影Shadow，具体如下：

其中，Ray.StepVolume为步进过程中第i步的阴影体积，根据当前位置从3D纹理中双线性采样得到；ConeVolume为像素步进圆锥体的总体积等于底面积乘以高除以3。

5.根据权利要求4所述的一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于：所述步骤6具体如下：在得到单个网格物体的空间预探索信息写入3D纹理之后，把网格物体和3D纹理中的长度信息进行对应，创建网格对象的空间范围信息ObjectBoundsBuffer和对象空间里的位置信息ObjectsTransformData，建立网格对象的信息和3D纹理数据信息的对应关系：

ObjectsTransformData＝ObjectBoundsBuffer/N,N为步骤2中的N。

6.根据权利要求5所述的一种基于空间预探索的真实过渡阴影实现方法，其特征在于：所述步骤7具体如下：

步骤7.1，根据步骤6建立的3D纹理数据，在像素位置发出沿着光线方向的射线，从像素的世界位置开始迭代步进出新的世界位置；

步骤7.2，步进每次迭代沿着光线方向逐级增加，在步进位置创建球体和场景空间预计算的范围信息进行相交判断，步进位置记为StepPosition,采样3D纹理判断是否在与探索范围内，如果在预探索范围内，记录位置为MinPosition,计算得到球体的最小半径为MinRadius＝MinPosition-StepPosition，累加到步进长度后，继续下次迭代读取网格对象的空间范围和位置信息；

步骤7.3，根据步进位置StepPosition和网格对象空间范围ObjectBoundsBuffer,判断步进位置位于哪个网格对象的范围内，根据网格对象从3D纹理读取空间预探索信息计算对应位置的球体体积，根据步骤7.2中得到的最小半径为MinRadius,

球体体积

累计遮挡体积，除以总的像素射线空间体积得到真实过渡阴影；

Shadow＝(∑Volume)/TotalVolume；

其中，TotalVolume等同于上述的ConeVolume。