一种绘制真实感图形的方法技术

本发明专利技术公开了一种绘制真实感图形的方法，涉及图像处理领域，将图像分成大小相同的采样区域，对每个采样区域分别获取采样点坐标，将采样点坐标初始化为每个采样区域的左上角坐标；对每个采样区域中的像素点进行光线追踪；判断当前采样点坐标是否位于采样区域最右端；判断所述当前采样点坐标是否位于采样区域最底端，采样结束后，对每个采样区域进行光径复用，本发明专利技术消除了因为复用程度的不同而引起的边界问题和方块效果；同时针对脉冲噪声造成的“光斑”效果，引入了自适应的思想；并且在光径复用过程中兼顾效率和图像质量两方面的问题，采用了对质量贡献最大的一条或多条光线做复用，使得大幅度地提高了真实感图像绘制的速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，特别涉及。
技术介绍
真实感图形生成系统由相辅相成的几个部分组成，包括颜色视觉、简单光照模型、局部光照模型、光透射模型、纹理映射、整体光照模型和实时真实感图形学技术。在真实感图形学中，把仅处理光源直接照射物体表面的光照模型称为局部光照模型，而与此相对应的，可以处理在物体之间，光照的相互作用的模型称为整体光照模型。简单光照模型和局部光照模型，虽然可以产生物体的真实感图象，但它们都只是处理光源直接照射物体表面的光强计算，不能很好的模拟光的折射、反射和阴影等，也不能用来表示物体间的相互光照影响；而基于简单光照模型的光透射模型，虽然可以模拟光的折射，但是这种折射的计算范围很小，不能很好的模拟多个透明体之间的复杂光照现象。对于上述的这些问题，就必须要有一个更精确的光照模型。整体光照模型就是这样的一种模型，它是相对于局部光照模型而言的。在现有的整体光照模型中，主要有光线跟踪和辐射度两种方法，它们是当今真实感图形学中最重要的两个图形绘制技术，在CAD及图形学领域得到了广泛的应用。光线跟踪算法是生成真实感图形绘制的一种主要算法之一。因为该算法原理简单，实现方便，且能生成各种逼真的视觉效果，所以引起了图形学领域的广泛注意和研究。 在光线跟踪算法中可以通过超级采样来消除噪声，但是这种做法会使绘制真实感图形增加非常大的计算量。所谓超级采样就是增加每个象素采样点的个数，从而提高象素质量。因为每增加一个采样点，需要绘制系统为其生成一条新的光线，进行光线积分和求交测试运算， 所以超级采样方法虽然可以大大的提高绘制真实感图形的质量，但是往往需要耗费大量的计算资源，不能兼顾绘制效率。自适应采样算法可以看成是一种非均勻超级采样技术，这种算法可以分为三步用标准的光线跟踪算法生成一幅低采样密度的图形；根据生成的图形来确定那些屏幕象素区域需要超级采样；采用适当的滤波器来生成最终图形。从算法描述可知，无论是超级采样算法还是自适应采样算法都没有考虑光线之间的邻域相关性，或者说它们只是考虑了一个象素内部光线的相关性，在一个象素区域内对每个采样点进行滤波，而没有关注象素级别的上邻域相关性，使得采用传统光线追踪会导致计算量太大，使得算法速度过慢，无法满足实际应用中的需要。
技术实现思路
为了解决传统光线追踪中计算量太大导致算法速度过慢的问题，本专利技术提供了，详见下文描述，所述方法包括以下步骤(1)将图像分成大小相同的采样区域，对每个采样区域分别获取采样点坐标(X， y)，将所述采样点坐标(X，y)初始化为所述每个采样区域的左上角坐标；(2)对所述每个采样区域中的像素点进行光线追踪；(3)判断当前采样点坐标(x，y)是否位于采样区域最右端，如果是，执行步骤(4)； 如果否，执行步骤(5)；(4)判断所述当前采样点坐标(x，y)是否位于采样区域最底端，如果是，执行步骤 (7)；如果否，执行步骤(6)；(5)当前采样点横坐标χ = x+1，重新执行步骤(2)；(6)当前采样点坐标χ = 0，y = y+Ι，重新执行步骤(2)；(7)采样结束后，对所述每个采样区域进行光径复用。步骤(7)中所述对所述每个采样区域进行光径复用具体为获取采样区域中大于第一阈值的一条或多条光线，对所述一条或多条光线进行光径复用；对每一对光径，发射一条光线，光线连接点Xi和7」，其中i，j = 1，2，3...11，并且土不等于j，和当前像素点临近的像素点在反射折射时复用所述当前像素点的光径，获取光径复用后的图像；通过滑动窗口方式对所述光径复用后的图像进行处理；对生成的当前象素进行质量评价获取质量评价结果，当所述质量评价结果大于第二阈值时，所述当前像素是噪声点，所述当前像素接受其他像素的复用。所述通过滑动窗口方式对所述光径复用后的图像进行处理具体为让两个临近区域有重合区域，对重合区域两侧的象素做光径复用，接收两侧象素对重合区域的光径复用操作。本专利技术提供的技术方案的有益效果是本专利技术提供了，大量的实验结果表明光径复用这种牺牲空间换时间的算法对真实感图像的绘制有着很积极的影响，在兼顾绘制效率的情况下， 大幅的提高了真实感图像的质量；本专利技术改变了 Pbrt系统通常采用的方式，并且消除了因为复用程度的不同而引起的边界问题和方块效果；同时针对光径复用过程中由于脉冲噪声造成的“光斑”效果，对光径复用技术引入了自适应的思想；并且在光径复用过程中兼顾效率和图像质量两方面的问题，采用了在像素中对质量贡献最大的一条或多条光线做复用， 使得很大程度的提高了真实感图像绘制的速度。附图说明图1为Pbrt系统的结构示意图2为采样的示意图3为简单复用的效果图4-1 为 path tracing tj\mS ；图4-2为增加采样点个数后的path tracing示意图图4-3为光路复用示意图5-1为区域采样的边界效果示意图5-2为消除了边界效果的效果图6为区域边界复用的原理图7-1为现有技术中提供的效果图；图7-2为只采用了复用后得到的效果图；图7-3为采用质量评价后得到的效果图；图8为本专利技术实施例提供的的流程图。 具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了解决传统光线追踪中计算量太大导致算法速度过慢的问题，本专利技术实施例提供了，详见下文描述2002年，Philippe Bekaert提出了一种叫做path reuse的算法，这种算法的主要思想是在绘制整幅图像时或者在绘制完图像的某个子区域时把已经计算好了的光路信息 (包括该光径与场景中物体或景物的交点信息以及在各交点处的Pdf和光照值等)存储起来，然后在某个特定大小的区域内做光线间相互复用。考虑到光线跟踪法的计算量大，加速算法的改进也具有重要意义。本专利技术实施例主要是对path reuse算法进行了深入的理论研究和实践，在实现该算法的基础上，通过对不同复杂度场景的绘制效果的分析，找出path reuse算法在某些方面的不足之处，并针对出现的问题对path reuse算法做出了一些改进。而实际上，无论是像素内部的光线还是像素之间，临近采样点的光线追踪路径都是具备一定相关性的。基于这种相关性的考虑，光径复用成为可能，主要思想是在绘制整幅图像时或者在绘制完图像的某个子区域时把已经计算好了的光路信息，包括该光径与场景中物体或景物的交点信息以及在各交点处的光照值等存储起来，然后在某个特定大小的区域内做光线间相互复用。利用这种方法可大幅提高运算速度。参见图1，Pbrt系统使用的是一种插件(plug-in)结构，在Pbrt系统中有一个非常重要的模块core，该core模块中包含有控制整个Pbrt系统绘制流程的代码，但是没有任何的关于具体几何形状或光源描述的实现代码。事实上，core模块为各种插件类型提供了抽象基类或接口，所有的插件都是从core模块中继承派生的，当进行场景绘制时，Pbrt 系统会根据场景文件描述来动态加载需要的插件。这种结构使得Pbrt系统易于被扩展， 甚至可以向core模块中加入新的接口，然后在外部实现相应的插件。Pbrt系统的图形绘制可以分为三个阶段，首先是读取用户提供的场景文件。场景文件本身是一个文本格式文件，该文件给出场景中的物体的位置，物体的几何形状以及表本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种绘制真实感图形的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（１）将图像分成大小相同的采样区域，对每个采样区域分别获取采样点坐标（ｘ，ｙ），将所述采样点坐标（ｘ，ｙ）初始化为所述每个采样区域的左上角坐标；（２）对所述每个采样区域中的像素点进行光线追踪；（３）判断当前采样点坐标（ｘ，ｙ）是否位于采样区域最右端，如果是，执行步骤（４）；如果否，执行步骤（５）；（４）判断所述当前采样点坐标（ｘ，ｙ）是否位于采样区域最底端，如果是，执行步骤（７）；如果否，执行步骤（６）；（５）当前采样点横坐标ｘ＝ｘ＋１，重新执行步骤（２）；（６）当前采样点坐标ｘ＝０，ｙ＝ｙ＋１，重新执行步骤（２）；（７）采样结束后，对所述每个采样区域进行光径复用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆，刘彧，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12