一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，包括虚拟头戴设备和体验装置；体验装置包括轨道、设在轨道上的移动车、驱动所移动车移动的驱动机构、及控制单元，控制单元与驱动机构电连接；虚拟头戴设备包括设在轨道周围的定位模组和光线追踪渲染模组，该光线追踪渲染模组通过首先对经过少量采样得到的渲染结果图进行优化，然后根据优化结果确定误差图，最后根据误差图中每个像素点的误差值对所述渲染场景进行针对性采样，使得采样的目的性更强。因此本发明专利技术能够提升体验者的沉浸感，并且解决了蒙特卡洛光线追踪算法全部采用随机散播光线进行采样导致的采样次数巨大和计算耗时的问题。耗时的问题。耗时的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统


[0001]本专利技术涉及光线追踪渲染
，尤其涉及一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统。

技术介绍

[0002]光线追踪是一种点取样类的渲染算法，模拟光线照射物体的过程。光线追踪是从视点出发经过投影屏幕中的一像素点向场景发射虚拟的采样光线，并在场景中跟踪光线；若光线与场景中的场景对象存在交点，且该光线最终投向光源，则将交点处场景对象的颜色、光亮度等信息作为采样信息反馈给投影屏幕，以完成对屏幕中该像素点的光线采样；然后，根据对投影屏幕中多个像素点的至少一次采样得到的采样信息在投影屏幕上生成渲染效果图像。但这种算法仅可以实现镜面反射、折射以及直接光照，而重要的真实感特性如运动模糊、焦散、间接光照等都无法计算。为了实现这些效果的计算，人们对光线追踪算法进行了蒙特卡洛方法的扩展。在蒙特卡洛光线追踪算法中，光线随机地散播开来以模拟光线的各种传播路线。
[0003]随着科学技术的发展，许多模拟设备与虚拟现实设备相结合的方式，来提升游戏的沉浸感。现有技术中虚拟现实设备通常采用蒙特卡洛光线追踪算法，采用蒙特卡洛光线追踪算法虽然可以模拟所有种类的光线散播，但唯一的问题是渲染的图像由于随机散播光线数目的不足会产生噪音点。为了解决这个问题就需要大量的采样光线，从而使得蒙特卡洛光线追踪算法是一种非常耗时的计算。

技术实现思路

[0004]针对上述不足，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，该系统为体验者提供了良好的沉浸感，同时解决了蒙特卡洛光线追踪算法全部采用随机散播光线进行采样导致的采样次数巨大和计算耗时的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，包括虚拟头戴设备和体验装置；
[0007]所述体验装置包括轨道、设在所述轨道上的移动车、驱动所移动车移动的驱动机构、及控制单元，所述控制单元与所述驱动机构电连接；
[0008]所述虚拟头戴设备包括设在所述轨道周围的定位模组和光线追踪渲染模组，所述定位模组用于定位佩戴所述虚拟头戴设备的体验者在所述轨道的位置，并传输对应的位置数据至所述虚拟头戴设备，所述虚拟头戴设备用于根据所述定位模组和所述光线追踪渲染模组传输的电信号显示对应的场景；
[0009]所述光线追踪渲染模组包括：
[0010]采样单元，用于在基于蒙特卡洛光线追踪方法对渲染场景进行至少一次采样后，获取每个像素点的第一采样信息，并根据第一采样信息生成渲染结果图；
[0011]优化单元，用于对渲染结果图进行优化处理，得到优化结果图；
[0012]误差确定单元，用于对优化结果图和由第一采样信息确定的渲染结果图进行逐像素做差，将差值结果作为误差图；
[0013]渲染单元，用于根据误差图中每个像素点的误差值对渲染场景进行采样得到第二采样信息，并根据第二采样信息生成最终渲染结果图；所述渲染单元，具体用于根据每个像素点的误差值确定每个像素点的误差比例；根据误差比例和设定采样数量确定每个像素点的采样次数；根据采样次数，经过每个像素点发射虚拟的采样光线对渲染场景进行采样。
[0014]优选方式为，所述定位模组包括多个定位传感器及与每个所述定位传感器通信连接的通信单元，所有所述定位传感器分设在所述轨道的四周。
[0015]优选方式为，所述体验装置还包括环境模拟单元，所述环境模拟单元与所述控制单元电连接，所述环境模拟单元设在所述移动车。
[0016]优选方式为，所述体验装置还包括与所述控制单元电连接的振动单元，所述振动单元设在所述移动车的底部。
[0017]优选方式为，所述优化单元，包括：带宽确定单元，用于根据第一采样信息确定每个像素特征空间的第一高斯滤波内核带宽；优化单元，用于应用第一高斯滤波内核带宽对渲染结果图进行高斯滤波，得到优化结果图。
[0018]优选方式为，初始化子单元，用于基于第一采样信息中每个像素点的RGB颜色信息的偏导量，初始化每个像素特征空间的第一高斯滤波内核带宽；优化子单元，用于对第一高斯滤波内核带宽进行优化。
[0019]采用上述技术方案后，本专利技术的有益效果是：
[0020]由于本专利技术的基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，包括虚拟头戴设备和体验装置；体验装置包括轨道、设在轨道上的移动车、驱动所移动车移动的驱动机构、及控制单元，控制单元与驱动机构电连接；虚拟头戴设备包括设在轨道周围的定位模组和光线追踪渲染模组，该光线追踪渲染模组通过首先对经过少量采样得到的渲染结果图进行优化，然后根据优化结果确定误差图，最后根据误差图中每个像素点的误差值对渲染场景进行针对性采样，使得采样的目的性更强。因此本专利技术能够提升体验者的沉浸感，并且解决了蒙特卡洛光线追踪算法全部采用随机散播光线进行采样导致的采样次数巨大和计算耗时的问题。
附图说明
[0021]图1是本专利技术中基于光线追踪渲染的虚拟现实系统的原理框图。
具体实施方式
[0022]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]如图1所示，一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，包括虚拟头戴设备和体验装置。
[0024]体验装置包括轨道、设在轨道上的移动车、驱动所移动车移动的驱动机构、及控制单元，控制单元与驱动机构电连接；本实施例中体验装置还包括环境模拟单元和振动单元，环境模拟单元和振动单元分别与控制单元电连接，环境模拟单元设在移动车，振动单元设
在移动车的底部。一种优选方案，环境模拟单元可包括语音播放单元和出风单元，用于模拟场景中对应的声音和风，以提升体验效果。振动单元用于模拟行程过程中的振动，进一步提升体验效果。驱动机构可包括行走电机及连接行走电机和移动车的连接结构，在行走电机的驱动下，移动车可在轨道上移动，以模拟过山车、疯狂老鼠等游乐设备。
[0025]虚拟头戴设备包括设在轨道周围的定位模组和光线追踪渲染模组，具体的虚拟头戴设备包括主机，主机分别与定位模组和光线追踪渲染模组通信连接。本实施例中定位模组包括多个定位传感器及与每个定位传感器通信连接的通信单元，所有定位传感器分设在轨道的四周。定位模组用于定位佩戴虚拟头戴设备的体验者在轨道的位置，并传输对应的位置数据至虚拟头戴设备，虚拟头戴设备用于根据定位模组和光线追踪渲染模组传输的电信号显示对应的场景。
[0026]光线追踪渲染模组包括：采样单元，优化单元，误差确定单元和渲染单元。
[0027]其中，采用单元用于在基于蒙特卡洛光线追踪方法对渲染场景进行至少一次采样后，获取每个像素点的第一采样信息，并根据第一采样信息生成渲染结果图；
[0028]其中，优化单元用于对渲染结果图进行优化处理，得到优化结果图；本实施例中优化单元包括：带宽确定单元，用于根据第一采样信息确定每个像素特征空间的第一高斯滤波内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光线追踪渲染的虚拟现实系统，其特征在于，包括虚拟头戴设备和体验装置；所述体验装置包括轨道、设在所述轨道上的移动车、驱动所移动车移动的驱动机构、及控制单元，所述控制单元与所述驱动机构电连接；所述虚拟头戴设备包括设在所述轨道周围的定位模组和光线追踪渲染模组，所述定位模组用于定位佩戴所述虚拟头戴设备的体验者在所述轨道的位置，并传输对应的位置数据至所述虚拟头戴设备，所述虚拟头戴设备用于根据所述定位模组和所述光线追踪渲染模组传输的电信号显示对应的场景；所述光线追踪渲染模组包括：采样单元，用于在基于蒙特卡洛光线追踪方法对渲染场景进行至少一次采样后，获取每个像素点的第一采样信息，并根据所述第一采样信息生成渲染结果图；优化单元，用于对渲染结果图进行优化处理，得到优化结果图；误差确定单元，用于对优化结果图和由第一采样信息确定的渲染结果图进行逐像素做差，将差值结果作为误差图；渲染单元，用于根据误差图中每个像素点的误差值对渲染场景进行采样得到第二采样信息，并根据第二采样信息生成最终渲染结果图；所述渲染单元，具体用于根据每个像素点的误差值确定每个像素点的误差比例；根据误差比例和设定采样数量确定每个像素点的采样次数；根据采样次数，经过每个像素点发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：严小天，杜金峰，付丹阳，王俊惠，王之浩，
申请(专利权)人：青岛虚拟现实研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：