[发明专利]基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法

权利要求书

1.基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法，其特征在于步骤如下：

(1)以透明物体的中心作为视点进行绘制，将除透明物体本身外的周围其他物体的表面颜色信息和深度信息绘制到一张立方图纹理上；

(2)以透明物体的中心作为视点进行绘制，将透明物体的外表面法线及透明物表面顶点到透明物体中心的距离绘制到一张立方图纹理上；

(3)光线射入透明物体时，在透明物表面将发生第一次折射，计算该次折射光线方向，并将步骤(2)的立方图纹理作为输入，在图形硬件上通过折半查找的方式近似计算光线下一次与透明物体表面相交点的位置；

(4)根据透明物体本身的折射率，判断光线是否在步骤(3)所求得的光线与透明物体的交点处发生了全反射现象，若发生全反射则返回步骤(3)查找下一个交点，若没有发生全发射，则在此交点发生第2次折射，光线穿出透明物体，继续执行步骤(5)；

(5)将步骤(1)中得到的立方图纹理作为输入，在图形硬件上计算出折射光线对周围其他物体的折射，并沿折射光线找到第一个与折射光线相交的环境物表面位置的光照颜色作为该条折射光线所对应的屏幕像素颜色。

2.根据权利要求1所述的基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的以透明物体的中心作为视点进行绘制，将透明物的外表面法线及透明物体表面顶点到透明物体中心的距离绘制到一张立方图纹理的过程如下：

a.首先将摄像机移动到物体的中心，以90度的视野角，使得视线分别沿X正，负半轴，Y的正，负半轴，Z的正，负半轴来投射透明物体表面法线，最终建立立方图纹理，并将投射的透明物体表面每个点的法线保存到该纹理中；

b.利用GPU计算物体上每个点到其中心点的距离，将此距离保存在上步建立的立方图纹理中。

3.根据权利要求1所述的基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法，其特征在于：所述步骤(3)光线射入透明物体时，在透明物体表面将发生第一次折射，计算该次折射光线方向，并将步骤(2)的立方图纹理作为输入，在图形硬件上通过折半查找的方式近似计算光线下一次与透明物体表面相交点的位置的具体过程如下：

a.根据光线的入射方向，入射点P的法线及透明物体的折射率，首先计算出光线第一次穿过透明物体表面时的折射光线的方向T1；

b.由步骤a计算得出的折射光线方向T1及入射点，根据射线方程公式可以确定光线射出透明物发生第2次折射时的点必然在射线P1＝P+tT1上，t为待求参数，找出两个常数a，b，分别令 t＝a，t＝b代入上述射线方程，得到P1’，P2’两个点，P1’＝P1+aT1，P2’＝P1+bT1，使P1’点在物体之内，P2’点在物体之外；

c.进入折半查找循环，先找到P1’与P2’中点P′_m，P′_m＝P1+T1*(a+b)/2，然后求出O到P′_m的距离，O是透明物体的中心点，与立方体贴图的第4个通道保存的距离值做比较，循环利用折半查找，当O到P′_m的距离与立方体贴图的第4个通道保存的距离值相等时，P′_m即为二次折射光线的出射点。

4.根据权利要求1所述的基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法，其特征在于：所述的方法可同时适用于可变形柔体和可运动刚体。

5.根据权利要求1所述的基于图像映射空间的动态场景实时双面折射绘制方法，其特征在于：所述的方法可以实时模拟动态场景的全反射现象。