[发明专利]一种基于过渡光贴图的光照和阴影绘制方法

权利要求书

1.一种基于过渡光贴图的光照和阴影绘制方法，包含如下具体步骤：

(1)光照纹理图的计算：通过给定地形高程图、光源以及光照模型，计算环境的光照以及由于遮挡产生的阴影情况，获得带阴影信息的光照纹理图；

(2)阴影函数获取及平滑：通过地形某一点上不同时刻的阴影变化情况获得阴影函数，并对阴影函数进行平滑处理；

(3)阴影区段划分：按照平滑函数的特性，在区段划分数给定的条件下，按照最小误差的原则进行分段线性逼近；

(4)构造阴影过渡图：按照以上的划分，在采样点上根据采样点前后阴影状态的不同，提取不同参数，构造阴影过渡图；

(5)合成纹理光照图：在需要实时计算的时刻，根据所在时间段的关键帧信息以及时间段中的位置信息，插值生成带有阴影信息的纹理光照图。

2.根据权利要求1所述的一种基于过渡光贴图的光照和阴影绘制方法，其特征在于：所述阴影函数的构造方法为：在预处理中，对光源运动位置每个采样点计算阴影状态；对于地形数据中每个采样点，读取光源所有位置采样点的阴影状态，得到阴影时间变化函数：

其中，u，v为像素坐标点，t为采样时刻。

3.根据权利要求1所述的一种基于过渡光贴图的光照和阴影绘制方法，其特征在于：所述阴影函数区段划分以及分段逼近的方法为：一般情况下像素点阴影在某一段采样时间间隔内，随时间变化是连续平滑的，可以用简单的曲线拟合方法来逼近像素阴影的变化规律，以实现不同采样时刻像素阴影的插值；因此可以将像素点阴影的变化情况，划分为尽量少的采样区间，通过平滑曲线进行逼近，将误差控制在允许的范围内；光贴图划分的原则是在所有光贴图中选择少量光贴图关键帧，确定光贴图关键帧位置，使总体转换误差较小，且保证各个光贴图关键帧之间的转换误差率相差不大。

4.根据权利要求1所述的一种基于过渡光贴图的光照和阴影绘制方法，其特征在于：所述合成纹理光照图的方法为：根据关键帧信息以及仿真时刻的信息，通过插值的方法合成带阴影光照纹理图；给定长度为N_f的动态光照纹理图时间序列，通过以上方法划分出n个(n＜＜N_f)具有代表性的区段，在第i(0≤i≤n，i∈N)个区段起始时刻t_sⁱ和结束时刻t_eⁱ处构造光贴图关键帧F_sⁱ，F_eⁱ，这样区间中(tsi<t<tei)]]>时刻光贴图可以通过区间前后的关键帧进行插值得到；为了通过简单的线性插值实现以上任意时刻光贴图的计算，光贴图关键帧除了存储当前时刻的光照亮度信息外，还要构造参数α和β用来存储阴影变化的时间阈值信息，即阴影过渡值q=(tci-tsi)/(tei-tsi),]]>其中t_cⁱ为区间i中状态发生变化的时刻；在绘制时根据当前仿真时间t，判断光贴图区段位置i，并通过所在区段前后两幅关键帧F_sⁱ，F_eⁱ，进行线性插值，即可得到当前时刻的光照亮度值。