[发明专利]一种虚拟舞台环境下实时光照绘制的方法

权利要求书

1.虚拟舞台环境下实时光照绘制的方法，其特征在于步骤如下：

(1)建立一棵光源层次树，并利用该光源层次树对虚拟舞台环境下的多光源进行聚类；实时绘制出多光源光照下的参与介质，所述的实时绘制方法采用了两遍绘制流程：第一遍绘制时，利用帧缓存对象FBO将参与介质的信息，包括密度、吸收系数和散射系数属性保存在一张3D纹理中；第二遍绘制从该3D纹理中读取保存的介质信息进行绘制；

(2)结合shadow map、shadow volume和ray marching，实时绘制出室内场景参与介质的体阴影，该部分绘制包括以下五个步骤：

a.从步骤(1)中的多个光源出发绘制整个场景深度的shadow map，即阴影图，将其保存至帧缓存对象FBO中；将场景中遮挡物的后表面深度信息的shadow map保存至另一帧缓存对象FBO中；

b.从视点出发计算并绘制shadow volume，即阴影锥，将其保存至帧缓存对象FBO中，帧缓存对象FBO保存视点到shadow volume的最前阴影面片和最后阴影面片的距离；

c.在不考虑参与介质散射作用的情况下，绘制整个场景并将颜色、法向、深度值信息保存至帧缓存对象FBO中；

d.考虑参与介质的散射作用，计算整个场景每一像素具有的散射光照值；

e.合并步骤c和d中生成的结果，采取基于Deferred Shading技术作为优化策略，生成最终的渲染效果；

所述的步骤(1)中使用八叉树这一数据结构来建立一棵光源层次树，并利用该光源层次树对虚拟舞台环境下的多光源进行聚类，具体聚类方法为：首先通过对光源空间进行空间八叉剖分，即可得到该八叉树的八个孩子节点，然后判断各孩子节点的包围盒中是否有真实光源，若有，则继续对其进行剖分，否则停止剖分；

所述使用八叉树的数据结构来定义所使用的光源层次树的方法为：首先构造光源树的一个根节点，并用该结点初始化一棵八叉树结构的光源层次树，同时在对光源进行初始化时将光源的位置、法线、颜色信息存入一张光源列表中，然后将该列表传入光源层次树，并依此对光源空间进行划分，即可通过设置不同的层次参数来对光源树进行聚合，从而达到聚合渲染效果，提高运算速度的目的；

所述的步骤(1)中第一遍绘制时，利用帧缓存对象FBO将参与介质的信息，包括密度、吸收系数和散射系数属性保存在一张3D纹理中的方法为：

(1.1)将介质空间分成宽width*高height*深depth个的小格，申请的相应3D纹理的大小要与介质空间的小格数相对应，每一小格介质信息，包括密度、吸收/散射系数属性分别保存至3D纹理每一片元的不同通道中；

(1.2)将参与介质空间分成深depth个宽width*高height的二维面片，循环深depth个次，每次将不同面片的介质属性信息写入到帧缓存对象FBO的对应层次中，最后加以融合，即可得到保存介质属性的3D纹理。

所述步骤(2)d中，在计算整个场景每一像素具有的散射光照值时，需要分情况进行计算：对于与视点的连线并未穿过shadow volume的像素，采用解析方法进行散射光照值的计算；对于与视点的连线穿过shadow volume的像素，从最后面阴影片到最前面阴影片进行ray marching，采用之前保存的整个场景深度的shadow map确定shadow volume中的某段区域是否被光照，若是，则采用解析方法进行散射光照值的计算，若不是，则基于之前生成的后表面深度信息的shadow map，采用光照衰减函数来计算该区域的散射光照值，所述另一帧缓存对象中保存的后表面深度信息的shadow map用来计算被遮挡点沿照射光线到遮挡物后表面的距离。

2.根据权利要求1所述的虚拟舞台环境下实时光照绘制的方法，其特征在于：所述步骤(2)b中在确定shadow volume的最前阴影面片和最后阴影面片之前，需要首先构造出该shadow volume的所有阴影面片，所述的构造出该shadow volume的所有阴影面片的方法为：首先确定遮挡体shadow caster的轮廓边Silhouette；然后从轮廓边Silhouette出发，利用Geometry Shader构建shadow volume的所有阴影面片。