[发明专利]用于降低计算次数的区间算法在射线跟踪问题中的应用

说明书

技术领域

所要求的发明的实现一般可涉及射线跟踪，特别是涉及用于射线跟踪的区间(interval)算法。 

背景技术

射线跟踪是用于与各种媒体中的波传播有关的多种物理现象的建模的公知方法。例如，射线跟踪用于在真实感计算机图形学中计算光照方案，用于在无线通信中的复杂环境信道建模，以及在高级音频应用中的傲锐渲染(aureal rendering)等。 

射线是一条由位置向量描述的始于空间中的某个点的无限长的半直线，射线从所述点沿方向向量传播。射线跟踪用在计算机图形学中，通过沿着由射线的方向向量描述的瞄准线来指引由射线的位置向量描述的来自着眼点的一条或多条射线，以确定可见度。为了确定沿那条瞄准线的最近可见表面，要求针对与虚拟场景内所有几何形状的交点来有效地测试所述射线并保持最近的交点。 

当以真实值工作时，数据通常由具有有限精度的浮点(FP)数来近似。在整个数空间中，FP表示是不一致的，并且通常，所需的真实值(即1/3)由小于或大于所需值的某个值来近似。引入的误差经常是不均匀的——精确值和最接近的较低FP近似值之间的差可能远大于或小于精确值与最接近的较高FP近似值之间的差异。这样的数值误差可能会在所有的计算中传播和积累，有时造成严重的问题。 

处理这样的数值不准确的一种方式是使用区间来取代FP近似值。在这种情况下，任何实数都由2个FP值来表示：一个小于真实值， 而另一个大于真实值。边界值在所有的计算中保存，从而产生区间，所述区间覆盖了精确解。 

通常，使用区间算法的应用限于某些类别的工作负荷(诸如质量控制、经济学或量子力学)，其中这种区间计算的附加成本明显超过对任何最终值处理不精确的FP数的所推断的成本。 

附图说明

结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图，说明了符合本发明原理的一个或多个实现方式，并且与描述一起来解释这样的实现方式。这些附图不一定按比例绘制，而是重点在于说明本发明的原理。在附图中， 

图1说明了在二进制树的遍历期间执行的，从公共起点出发通过单元的所跟踪的多条射线的示例； 

图2说明了遍历通过二进制树的多条射线的区间实现的示例； 

图3是流程图，说明了使用区间技术来遍历通过二进制树的多条射线的过程。 

具体实施方式

以下详细描述涉及附图。在不同的附图中，相同的参考标号可用于表示相同或相似的要素。在以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述了诸如特定结构、体系结构、接口、技术等具体细节，以提供对所要求的发明的各个方面的充分理解。然而，对从本公开获益的本领域技术人员来说，很显然，所要求的发明的各个方面可以在脱离这些具体细节的其它示例中实现。在某些实例中，省略了对公知设备、电路和方法的描述以免不必要的细节使本发明的描述变得不清晰。 

实施例提供了依靠应用的所选几何性质的射线跟踪遍历，以降低在各个遍历步骤期间要求的浮点(或其它的数据类型操作诸如：整数、定点)操作的数量。区间遍历算法不依赖于组中的射线数目。多级遍历 方案可以实现，这开始于在组中的大量射线并然后按需要减少它以维持组相干性。在遍历期间可以产生附加的射线来改进高几何复杂度的区域中产生的图象的反锯齿性质。区间遍历算法组并行几何查询，提取所选的与整个组相关的公共几何特性，然后仅使用这些特性(而不是整个组)来执行查询。射线跟踪整体上基于并行几何查询，所述查询针对某种空间排序的几何数据库来执行。区间遍历算法可被扩展以覆盖其它类型的应用，其中可能针对专用数据库发现并跟踪某些组性质。本领域的技术人员会认识到本发明的实施例不限于浮点实现方式。而是，本发明的实施例发明可以用各种数据类型来实现，所述数据类型包括但不限于整数、定点等。 

图1说明了用于遍历二进制树的从公共起点106出发通过单元104的所跟踪的多条射线102的示例100。一个单元104由分割平面P0分割为包括最近单元C0 108和最远单元C1 110的两个子空间。射线102可被发射通过屏幕上的像素而进入表示某个场景内的所有对象的数据库中。这些(适当细分的)对象和数据可以表示空的空间，并且可按分级空间划分结构来存储。发射射线102包括：对射线102通过该结构可采用的路径进行跟踪。并行的可能性存在但有限，因为各条射线可以采用不同的路径来通过该数据库，并且由于数据结构是分级的，因此在射线从一级进入下一级时，存在顺序依赖性。