[发明专利]用于渲染符号距离函数的技术

说明书

本公开涉及用于渲染符号距离函数的技术。用于渲染一个或更多个图形图像的方法的一个实施例包括：在图形场景中追踪一条或更多条光线；计算与所述一条或更多条光线和一个或更多个表面的交点相关联的一个或更多个表面法线，其中计算每个表面法线包括：计算与网格的多个相邻体素相关联的多个中间表面法线，并对所述多个中间表面法线进行插值；以及基于所述一个或更多个表面法线渲染一个或更多个图形图像。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年9月7日提交的序列号为63/241,472的题为“快速SDF网格相交和正态计算的技术”(TECHNIQUES FOR FAST SDF GRID INTERSECTION AND NORMALCOMPUTATIONS)的美国临时专利申请的权益，并且还要求于2021年9月2日提交的序列号为63/240,317的题为“快速SDF网格相交和正态计算的技术”(TECHNIQUES FOR FAST SDFGRID INTERSECTION AND NORMAL COMPUTATIONS)的美国临时专利申请的权益。这些相关申请的主题在此通过引用并入本文。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及计算机科学和计算机图形学，并且更具体地涉及用于渲染符号距离函数的技术。

背景技术

在三维(3D)计算机图形学中，符号距离函数(SDF)通常用于表示对象的虚拟3D几何形状。SDF指定空间中的一个或更多个点到3D图形场景中一个或更多个对象的表面的距离。从空间中的给定点，正距离表示该点在对象外，负距离表示该点在对象内。虽然非常有用，但SDF在用于渲染3D图形图像时会带来多重挑战。

首先，用于渲染SDF的传统方法包括将球体从3D场景的观察者追踪到与由3D场景内的SDF表示的几何体表面的交点。在不穿透该表面的步骤中追踪连续的球体，直到达到与表面的交点。但是，追踪靠近表面或远离表面的球体可能是一个非常缓慢的过程。

当朝向由SDF表示的表面追踪球体时，球体和该表面之间的交点可以通过求解表示到该表面的距离的三次函数的根来求得。一般来说，三次函数可以通过计算该三次函数的系数来从SDF导出。然而，用于计算该三次函数的系数的传统技术需要重复许多相同的计算，这在计算上是低效的。

此外，用于确定图像内的阴影和反射的渲染操作需要计算由SDF表示的表面的法线。然而，根据传统技术计算的表面法线在用于存储SDF的值的网格的体素上是不连续的。特别是，根据传统技术计算的表面法线可能会突然改变方向。因此，使用传统技术来计算表面法线渲染的图像可能包括对象表面上光照的突然变化，这看起来像锐利的边缘，即使那些表面在外观上应该是光滑的。这些类型的伪影会降低整体图像质量。

如前文所述，本领域需要用于在计算机图形应用程序中渲染SDF的更有效的技术。

发明内容

本公开的一个实施例阐述了一种用于渲染一个或更多个图形图像的计算机实现的方法。该方法包括在图形场景中追踪一条或更多条光线。该方法还包括计算与一条或更多条光线与一个或更多个表面的交点相关联的一个或更多个表面法线，其中计算每个表面法线包括：计算与网格的多个相邻体素相关联的多个中间表面法线，以及对多个中间表面法线进行插值。此外，该方法包括基于一个或更多个表面法线渲染一个或更多个图形图像。

本公开的另一个实施例阐述了一种用于计算像素颜色的计算机实现的方法。该方法包括在图形场景中追踪光线到光线与几何体表面相交的命中点。该方法还包括基于与网格的多个对应体素相关联的多个几何体表面来计算多个中间表面法线。该方法还包括基于多个中间表面法线执行一个或更多个插值操作以计算命中点处的表面法线。此外，该方法包括基于表面法线计算第一像素颜色。