本发明专利技术公开一种基于虚拟面光源的实时场景绘制方法，步骤为：首先从视频纹理中获取一帧最为当前的亮度分布状态；然后利用GPU构造当前视频纹理的SAT；再将场景的原始面光源分为一组虚拟面光源，并保存每个虚拟面光源的相关信息；进而根据虚拟面光源的信息以及构造的SAT分别计算辐射因子形状因子以及可见因子然后将三因子的计算结果带入绘制方程，以累加获得每个场景绘制点的亮度，即获得原始纹理面光源的亮度分布，进行各场景绘制点光照的绘制；随视频纹理的变化，重复上述步骤，即可动态更新各场景绘制点的光照亮度。本发明专利技术可减少实时绘制过程中的采样率，从而减少数据处理的时间和占用的内存，同时保证实时绘制结果不受影响。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开，步骤为：首先从视频纹理中获取一帧最为当前的亮度分布状态；然后利用GPU构造当前视频纹理的SAT；再将场景的原始面光源分为一组虚拟面光源，并保存每个虚拟面光源的相关信息；进而根据虚拟面光源的信息以及构造的SAT分别计算辐射因子形状因子以及可见因子然后将三因子的计算结果带入绘制方程，以累加获得每个场景绘制点的亮度，即获得原始纹理面光源的亮度分布，进行各场景绘制点光照的绘制；随视频纹理的变化，重复上述步骤，即可动态更新各场景绘制点的光照亮度。本专利技术可减少实时绘制过程中的采样率，从而减少数据处理的时间和占用的内存，同时保证实时绘制结果不受影响。【专利说明】
本专利技术涉及三维游戏和虚拟环境开发中的实时绘制技术，特别是一种支持动态纹理的基于虚拟面光源的实时场景绘制方法。
技术介绍
光照技术是真实感绘制技术中最重要的组成部分，其最终目标是通过计算机生成与真实世界一致的光线传播与光线与场景交互效果。尽管该目标在现有条件下难以实现，但是研究人员还是提出了许多的光照算法来生成近似的结果。现实世界中的光照效果很多，从最简单的明暗变化到复杂的高光、软阴影、光渗、焦散等，均属于光照的范畴。现有的光照算法一般只支持其中一种或者几种效果，完整的光照效果生成是一项系统工程，需要复杂系统理论的支撑。本专利技术主要研究动态纹理面光源下的实时光照技术，光源的复杂性是光照技术中复杂性来源的重要部分。动态纹理面光源主要应用于光照明设计、虚拟现实系统、电子游戏以及其他高真实感需求的图形应用，用于进一步提高画面的真实感以及用户的沉浸感。目前，能够支持动态纹理面光源，并达到实时性能的绘制方法可以划分为三类。第一类方法是针对简单多边形面光源的解析方法。此类方法通过GPU加速可以达到实时的性能，可参考文献:(I ).James Arv0.Applications of irradiancetensors to the simulation of nonlambertian phenomena.1n Proceedingsof the22nd annual conference on Computer graphics and interactivetechniques, SIGGRAPH，95，pages335 - 342，New York, NY, USA, 1995.但是此类方法目前只支持简单变化的多边形面光源，无法支持光亮度分布复杂的纹理面光源。第二类方法是基于点光源采样的面光源光照方法。该类方法将面光源采样为许多的点光源或者虚拟点光源(virtual point light, VPL),然后利用多点光源的方式处理，可参考文献:(1) Carsten Da`chsbacher and Marc Stamminger.Reflectiveshadow maps.1n Proceedings of the2005symposium on Interactive3D graphics andgames, I3D’05, pages203 - 231, New York, NY, USA, 2005.但是为了产生高真实感的图像，此类方法需要成千上万的采样点才能达到。传统的点采样方式还存在走样问题，特别是在采样点不充分的情况下会在局部产生光亮斑。第三类方法是基于预计算辐射度的面光源光照方法，可参考文献:(I).ThomasAnnen, Jan Kautz, Fr ' edo Durand, and Hans-Peter Seidel.Spherical harmonicgradients for mid-range illumination.1n Proceedings of the FifteenthEurographics conference on Rendering Techniques, EGSRj04, pages331 - 336, Aire-1a-Ville, Switzerland, Switzerland, 2004.但此类方法需要一个相当耗时以及耗内存的预计算过程，同时对场景的动态性支持不佳。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为:通过采用虚拟面光源这种面光源表达和采样方式，实现光亮度分布复杂的纹理面光源的实时场景绘制，减少场景光照实时绘制过程中的采样率，从而减少相关数据处理的时间和占用的内存，同时保证场景光照的实时绘制结果不受影响。本专利技术采用的技术方案具体为:，包括以下步骤:( I)从视频纹理中获取一帧最为当前的纹理面光源的亮度分布状态；(2)利用 GPU 构造当前视频纹理的 SAT (summed-area table)；(3)将场景的原始面光源分为一组虚拟面光源，并保存每个虚拟面光源包括法向、空间坐标、大小的相关信息；局部面光源下的绘制方程简化形式如下:【权利要求】1.，其特征在于，包括如下步骤: (1)从视频纹理中获取一帧最为当前的纹理面光源的亮度分布状态； (2)利用GPU构造当前视频纹理的SAT； (3)将场景的原始面光源分为一组虚拟面光源，并保存每个虚拟面光源包括法向、空间坐标、大小的相关信息；局部面光源下的绘制方程简化形式如下: 2.根据权利要求1所述的基于虚拟面光源的实时场景绘制方法，其特征在于，辐射因子的计算方法包括以下步骤: 2.1)针对当前视频纹理，利用GPU构造当前视频纹理的SAT ； 2.2)从当前纹理面光源的SAT中，查询得到每个虚拟面光源的辐射因子； 对于SAT中的每个元素T (X，y)，其值为原始纹理图中纹素点t (i, j)到纹素点t (O, O)之间的总和；假设虚拟面光源Sk的左下角纹理坐标为(sx，sy)，分辨率为1，则辐射因子Lsk按下式计算:3.根据权利要求1所述的基于虚拟面光源的实时场景绘制方法，其特征在于，形状因子巧身的计算方法包括以下步骤: 在不考虑虚拟面光源与场景绘制点之间的遮挡关系的条件下，只考虑虚拟面光源微分表面与场景绘制点所在物体的多边形形状之间的形状因子，将面积分转换为该面的轮廓线积分；由于虚拟面光源是正方形，定义该正方形的边长为1，以虚拟面光源的中心点作为坐标中心，虚拟面光源法向作为z轴正向的坐标，形状因子可以解析表达为: 4.根据权利要求1所述的基于虚拟面光源的实时场景绘制方法，其特征在于，可见因子匕,S的计算包括以下步骤: (1)对每个虚拟面光源，构造以虚拟面光源的四个顶点作为光源坐标原点的阴影图； (2)对于每个顶点，分别使用阴影图利用PCF算法计算其对绘制点的PCF值，即可见性百分比；给定绘制点y，其四个顶点为(vl，v2, v3, v4)，对于其中某个顶点如vl，其PCF值为: 【文档编号】G06T19/00GK103679818SQ201310695708【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日 【专利技术者】潘金贵, 过洁 申请人:南京大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于虚拟面光源的实时场景绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）从视频纹理中获取一帧最为当前的纹理面光源的亮度分布状态；（2）利用GPU构造当前视频纹理的SAT；（3）将场景的原始面光源分为一组虚拟面光源，并保存每个虚拟面光源包括法向、空间坐标、大小的相关信息；局部面光源下的绘制方程简化形式如下： L r ( y , ω r ) ≈ Σ k = 1 M { ρ ( y ) L S k F y , S k V y , S k } - - - ( 6 ) 其中：y为场景绘制点，S为给定面光源，Sk为给定面光源S中的任一虚拟面光源，ρ为场景绘制点所在物体的BRDF值，为场景绘制点接受到虚拟面光源Sk的入射光线的辐射亮度，Lr(y,ωr)为场景绘制点y向ωr方向反射的总的出射辐射亮度；式（6）中包括和每个虚拟面光源相关的因子：函数V即可见因子，返回场景绘制点位置与虚拟面光源位置之间的可见性，函数F即形状因子，返回虚拟面光源表面与场景绘制点所在表面的几何关系；即辐射因子，为各虚拟面光源Sk表面上单位面积所发出的辐射能量；（4）根据虚拟面光源的信息以及构造的SAT分别计算辐射因子形状因子以及可见因子（5）将辐射因子形状因子以及可见因子的计算结果带入式（6），累加获得每个场景绘制点的亮度，即获得原始纹理面光源的亮度分布，进行各场景绘制点光照的绘制；（6）随视频纹理的变化，重复步骤（1）至（6），动态更新各场景绘制点的光照亮度。FDA0000439718840000012.jpg,FDA0000439718840000013.jpg,FDA0000439718840000015.jpg,FDA00004397188400000112.jpg,FDA0000439718840000014.jpg,FDA0000439718840000016.jpg,FDA0000439718840000017.jpg,FDA0000439718840000018.jpg,FDA0000439718840000019.jpg,FDA00004397188400000110.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘金贵，过洁，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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