[发明专利]基于预采样的过程Shader反走样的处理方法

摘要

本发明涉及一种基于预采样的过程Shader反走样的处理方法，属于计算机数字化3D图形引擎领域。针对场景中的物体和应用到物体上的过程Shader，在预处理中，根据uv展开，对物体进行过程Shader的预采样，获得一个二维的采样矩阵；依据大多数空间变化的纹理都是由一系列基本反射函数的线性组合构成的这一前提，对过程Shader的采样点进行反射函数分析和求基运算；再根据这一组基本反射函数，构建金字塔的第一层，每个纹素中存储了与基函数对应的权重和法向；然后构建金字塔的上层。渲染时根据像素对应的纹理区域的大小对金字塔中的纹素进行选择，并与基本反射函数对应的颜色值进行融合，求解出最终颜色，解决过程Shader的反走样问题，提高图像绘制的画质及场景渲染的准确度。

主权项

1.一种基于预采样的过程Shader反走样的处理方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)获取二维采样矩阵；(2)反射函数分析和求基运算；(3)构建金字塔；(4)纹素选取与颜色融合；所述的获取二维采样矩阵是：针对场景中的物体和应用到物体上的过程Shader，在预处理中，根据uv的展开，对物体进行过程Shader的预采样，把三维物体进行二维展开，建立三维坐标(x,y,z)和二维坐标(u,v)间的映射关系，从而获得一个二维的采样矩阵；所述的反射函数分析和求基运算是：对反射函数进行分析和求基，使得其在图形渲染时，用较少的循环计算就能获得物体表面较好的反射特性；依据空间变化的纹理是由一系列基本反射函数的线性组合构成这一前提，在每个采样点处对过程Shader进行反射函数分析和求基运算，求解出一组基本反射函数；各向同性的双向反射分布函数BRDF的参数化表示为一个三维的函数其中θ_o为射出角度，θ_i为射入角度，为两射线绕轴的角度差；采用Blinn‑Phong模型作为讨论的光照模型，其公式为：L_o(p,ω_o)＝(k_d(N·ω_i)+k_s(h·N))·L_i(p,ω_i)，其中h＝normalize(ω_i+ω_o)，k_d为漫反射系数，k_s为镜面反射系数，ω_i为光线射入方向，ω_o为光线射出方向，N为法向，p为采样点，L_o(p,ω_o)为射出光线，L_i(p,ω_i)为射入光线；为了方便运算，令：与过程Shader关联的反射函数在每个采样点处返回的颜色值为纹理颜色和光照反射颜色的乘积；在每个采样点处进行35组不同的采样，获得35组RGB构成一个105维的向量作为采样点处的反射函数采样，总共获得1024×1024个105维的向量；下一步的任务就是对这1024×1024个105维向量进行分析，并找出一组合适的基向量；利用非负最小二乘法(NNLS)进行矩阵[(1024×1024)×105]的分解，由于矩阵的维数庞大，所以要对矩阵进行分块处理，把(1024×1024)的采样区域分成32×32个矩阵块，每一块为(32×32)的区域，分别利用NNLS对矩阵[(32×32)×105]进行分解，在每个矩阵块中进行基本向量的求解，然后把前三个基本向量放在一起组成新的矩阵，此时再次进行基本向量求解，得出最后的基本反射函数；所述的构建金字塔是：根据求出的基本反射函数，利用非负最小二乘法进行采样点权重的求解，把求解出来的r个n维的基本向量组成n×r的矩阵A，采样点处的反射向量为n维的列向量的b，利用非负最小二乘法求解方程Ax＝b，x的分量就是此采样点的权重集合；在确定每个纹素对应的权重后，将其存入金字塔的底层纹素中，并以此为基准，利用pull‑push算法构建整个金字塔，先从下往上构建，依次为512×512，256×256，128×128，直到2×2，l×l，利用下一层相邻四个纹素的平均值作为上一层纹素；再从上往下构建，按照9/16，3/16，3/16，1/16的比例对上一层的四个纹素进行加权计算得到下一层的纹素，至此，过程Shader的预处理工作就完成了；所述的纹素选取与颜色融合是：渲染时根据像素对应的纹理区域的大小对金字塔中的纹素进行选择，并与基本反射函数对应的颜色值进行融合，求解出最终颜色，从而可以高效的解决过程Shader图像渲染时的反走样问题。