[发明专利]用于划分空间索引的方法和系统

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及计算机处理领域。

背景技术

根据三维场景渲染(render)二维图像的过程通常被称为图像处 理。随着现代计算机工业的发展，图像处理也在发展。图像处理发展 的一个特定目标是使得三维场景的二维仿真或渲染尽可能逼真。渲染 逼真的图像的一个限制是现代监视器通过使用像素来显示图像。像素 是监视器上可被照亮的最小空间区域。大多数现代计算机监视器将使 用数十万或数百万像素的组合来构成整个显示或渲染的场景。各个像 素按照网格图案(grid pattern)布置，并且共同覆盖监视器的整个观 看区域。可照亮每个单个像素以渲染用于观看的最终图片。

一种使用像素来将真实世界三维场景渲染到二维监视器上的技 术被称为光栅化(rasterization)。光栅化是采用以矢量格式表示的 二维图像(场景中几何物体的数学表示)并将该图像转换成用于在监 视器上显示的各个像素的过程。光栅化在快速渲染图形和使用数量相 对低的计算能力方面是有效的；但是，光栅化有一些缺点。例如，光 栅化经常缺乏真实性，这是由于光栅化并非基于光的物理性质，而是 基于投影到二维平面上的场景中三维几何物体的形状。而且，利用光 栅化渲染场景所需要的计算能力随着要渲染的场景的复杂度的增加 而直接攀升。随着图像处理变得更加逼真，所渲染的场景也变得更加 复杂。因此，由于光栅化随着复杂度而直接攀升，光栅化随着图像处 理的发展而受到不利影响。

另一种利用像素来将真实世界三维场景渲染到二维监视器上的 技术被称为射线跟踪(ray tracing)。射线跟踪技术跟踪假想射线—— 该射线的行为类似于光线——到要在计算机屏幕上渲染的三维场景 上的传播。所述射线从坐在计算机屏幕后的观看者的眼睛开始，穿过 组成计算机屏幕的像素射向所述三维场景。每根被跟踪的射线前进到 场景中并且可能与场景中的物体相交。如果射线与场景中的物体相 交，则该物体的性质和几个其他影响因素被用于计算使射线暴露出的 颜色和光的量或者该颜色和光的缺乏量。这些计算然后被用于确定被 跟踪的射线所通过的像素的最终颜色。

对于单个场景要执行很多次跟踪射线过程。例如，可以针对显示 中的每个像素跟踪单根射线。一旦已经跟踪了足够数目的射线以确定 组成计算机屏幕的二维显示的所有像素的颜色，则可在计算机屏幕上 向观看者显示三维场景的二维合成。

射线跟踪通常比光栅化更逼真地渲染真实世界的三维场景。这部 分是由于射线跟踪模拟了光在真实世界环境中如何传播和动作，而不 是如同光栅化中所实现的那样简单地将三维形状投影到二维平面上。 因此，利用射线跟踪渲染的图形更准确地在监视器上描绘了我们的眼 睛通常在真实世界中看到的场景。

此外，随着场景变得更加复杂，射线跟踪在场景复杂度增长方面 比光栅化处理得更好。射线跟踪随着场景复杂度增加而对数攀升。这 是由于如下事实：即使场景变得更加复杂，也可投射相同数目的射线 到场景中。因此，跟光栅化不同，射线跟踪没有随着场景变得更加复 杂而在计算能力要求方面遭受不利影响。

射线跟踪的一个主要缺点是渲染场景所需要的计算量大，因而所 需要的处理能力高。当需要快速渲染时，这会引起问题。例如，当图 像处理系统出于动画目的——例如在游戏控制台中——而渲染图形 时。由于射线跟踪的计算要求增加，难以足够快地渲染动画以使其看 起来逼真(逼真的动画大约为每秒20至24帧)。

因此，需要更加有效的技术和设备来执行射线跟踪。

发明内容

本发明的实施例通常提供用于执行射线跟踪的方法和装置。

根据本发明的第一方面，提供一种用于划分具有节点的空间索引 的方法，其中所述节点定义三维场景的有界体块(bounding volume)。 所述方法通常包括：提供第一处理单元和第二处理单元；以及将所述 空间索引至少划分成第一部分和第二部分，其中所述第一处理单元可 操作来执行与使射线遍历所述第一部分相关联的一个或多个算法，并 且其中所述第二处理单元可操作来执行与使射线遍历所述第二部分 相关联的一个或多个算法。