[发明专利]光线跟踪系统架构和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月10日提交的名称为“用于光线跟踪再现的并行相交测试和描影”的美国临时专利申请第61/095,890号、名称均为“光线跟踪系统架构和方法”的2009年7月28日提交的美国临时申请第61/229,258号和2009年7月29日提交的美国临时申请第61/229,705号、以及2009年9月8日提交的名称为“光线跟踪系统架构和方法”的美国专利申请第12/555,766号的优先权，出于全部目的，以引证方式将以上引用的所有申请的全部内容合并于此。

技术领域

以下涉及利用光线跟踪再现由形状构成的三维场景的二维表示，更具体而言，涉及在三维场景中对光线进行相交测试的系统、方法和装置。

背景技术

在计算机图形学技术中，利用光线跟踪从三维场景描述再现照片真实二维图像是公知的。光线跟踪通常涉及获得由几何形状构成的场景描述，该几何形状描述了场景中结构的表面并且可以称为基元(primitive)。常见的基元形状是三角形。

从视点(“摄像机”)跟踪可见的光线到场景中；各光线被发出并穿过在二维表示中该光线能够影响到的相应像素。利用场景基元来测试光线的相交以识别各光线的第一相交基元(如果存在的话)。

在识别出给定光线的相交后，与该基元相关联的描影器(shader)确定接下来进行何种操作。例如，如果该基元是镜(mirror)的一部分，则发出反射光线以确定光是否从光源射到该相交点，或者在更复杂的情况下，可以模拟亚表面(subsurface)反射和散射，这会导致对发出的即将相交的不同光线进行测试。在另外的例子中，如果一个对象的表面是粗糙的而非光滑的，则该对象的描影器发出光线来模拟该表面上的漫反射。

这样，由于仍需要确定何种光照在基元上，因此在借助于给定光线确定光能是否可以到达像素以及何种光能可以到达像素时，第一步是找到光线与基元之间的交点。

因此，最常规的算法随意地创建当光线对场景进行跟踪时的光线树，在该场景中该树沿着各分支持续直到其离开该场景或者射到不发出新光线的光源。因此，对于射到发光对象的那些分支而言，这些分支在基元交点累积(roll up)，从而确定了沿着该路径各基元交点对射到该基元交点的光的影响。最后，可以确定最初发出的摄像机光线的光的颜色和强度并存储在缓存器中。

通过提供对要再现的二维场景的像素的不同部分进行操作的处理资源，能够直观地使光线跟踪并行化。然而，仅提供更多的计算能力并不一定能够使光线跟踪速度和效率成适当比例地增大。其中的一个原因是，这种并行化无法解释数据是如何构成场景，或者无法解释能够以有效方式访问使得跟踪效率增大的加速结构。仍需对光线跟踪架构进行多种改进。

发明内容

在一个方面中，光线跟踪系统包括：输入部，其用于接收光线信息，其中已发现该光线信息与构成正进行光线跟踪的三维场景的基元相交。该系统还包括多个缓存器。排序器耦合至所述输入部和所述多个缓存器。所述排序器被配置为通过使用一个或更多个公共描影器代码和公共描影器数据，在相应缓存器中将希望进行描影的光线的信息组合在一起而在所述多个缓存器之间划分所接收的信息。该系统还包括：输出部，其用于将所选择的缓存器的内容输出至计算资源，该计算资源被配置为对所选择的缓存器中存储有其信息的光线的相交进行描影。在一个实施方式中，各光线的所述信息包括该光线的标识符。除了光线识别信息以外，可以与潜在相交的光线的标识信息相关联地存储可能相交的一个或更多个基元的标识信息。以最接近的检测到的相交的特征的其他信息，还可以在缓存器中存储或者在进行缓存器选择时从存储器检索得到。根据情况，输出部可以从缓存器提供信息作为流，例如光线标识符以及与这些光线标识符相关联的其他信息的流。

在一些实施方式中，与给定光线潜在相交的基元可以具有相应的标识符。这些标识符用于确定这些基元作为其一部分的对象。进而，可以使用该对象的共性来推断在对涉及不同光线的相交进行描影时使用的一个或更多个描影器代码和描影器数据的共性。在一些实施方式中，对象可以与离散描影器代码模块相关联，并且在一些实施方式中，各基元可以与描影器代码模块或部分描影器代码模块相关联。