[发明专利]一种由镜面反射产生的3D虚拟场景面焦散效果的绘制方法

说明书

技术领域

本发明属于真实感3D虚拟场景绘制技术领域，涉及一种绘制由镜面反射产生的3D虚拟场景的面焦散效果的方法。

背景技术

真实感3D虚拟场景绘制技术在数字娱乐、影视特效、建筑CAD、广告动画等领域受到人们的广泛关注。目前3D虚拟场景绘制技术虽然已经得到深入的研究，但是如何快速绘制具有高度真实感的3D虚拟场景画面仍然是一个有待进一步解决的难题。当光源发出的光线入射到光滑表面上时，光滑表面的镜面反射过程可能对反射光线产生聚焦或者离焦作用，从而导致反射光线形成复杂的空间分布。当这些空间分布复杂的反射光线再次入射到不透明的反射表面上时，就会在反射表面上产生形状复杂的亮斑，这就是由镜面反射产生的面焦散。

光子映射是一种绘制面焦散效果的经典方法。标准的光子映射算法首先对大量的从光源发射的光子进行跟踪，将这些光子与场景表面的碰撞位置及其相关数据记录在光子缓存中；然后根据光子缓存中的数据计算场景的焦散图；最后利用类似阴影映射的方法把焦散图投影到场景表面上，从而绘制出面焦散效果。由于大量的光子跟踪计算存在较大的系统执行时间和存储空间开销，因此利用光子映射算法绘制面焦散效果的效率通常不高。

随着3D虚拟场景绘制技术的不断发展，影视特效、游戏、视景仿真等3D应用对绘制画面的真实感要求变得越来越高。在这些3D应用中加入由镜面反射产生的3D虚拟场景的面焦散效果可显著增强绘制画面的真实感。目前人们迫切需要在不明显降低绘制效率的条件下，将面焦散效果加入到3D虚拟场景的绘制之中。因此设计快速绘制由镜面反射产生的3D虚拟场景的面焦散效果的方法具有重要的意义。值得注意的是，在大多数3D虚拟场景中，仅绘制由一次镜面反射(即对光源直接光照的镜面反射)产生的面焦散效果就可以获得很好的真实感。充分利用这一特点，可以设计出不需光子跟踪的算法来绘制由镜面反射产生的面焦散效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速绘制由镜面反射产生的3D虚拟场景的面焦散效果的方法。本方法首先计算所有镜面反射三角形面片顶点位置处的反射光线，根据这些反射光线确定3D虚拟场景中的所有焦散照明体；在绘制3D虚拟场景时，如果待绘制场景点处于某个焦散照明体之中，则在该场景点的光照值中加入此焦散照明体的贡献，从而实现对面焦散效果的绘制。

本发明首先提供一种存储3D虚拟场景(A001)中的镜面反射三角形面片的顶点位置(A002)、顶点法向量(A003)以及顶点位置处的反射光线方向向量(A004)的数据结构(A005)，在本发明中称数据结构(A005)为镜面反射顶点数据结构(A006)；如图1所示，镜面反射顶点数据结构(A006)包括顶点位置的x坐标P_x(101)、顶点位置的y坐标P_y(102)、顶点位置的z坐标P_z(103)、顶点法向量的x分量n_x(104)、顶点法向量的y分量n_y(105)、顶点法向量的z分量n_z(106)、顶点位置处的反射光线方向向量的x分量R_x(107)、顶点位置处的反射光线方向向量的y分量R_y(108)、顶点位置处的反射光线方向向量的z分量R_z(109)等9个成员变量。

本发明的方法(010)部分创建3D虚拟场景(A001)中的镜面反射顶点列表(B001)，并计算各镜面反射顶点位置处的反射光线方向向量，具体步骤如下：

步骤(S011)：将3D虚拟场景(A001)中的所有镜面反射三角形面片的顶点位置(B002)及其法向量(B003)存入镜面反射顶点列表(B001)中，其中镜面反射顶点列表(B001)的每个元素(B004)都是一个镜面反射顶点数据结构(A006)类型的变量；

步骤(S012)：对镜面反射顶点列表(B001)中的每个元素(B004)，做如下计算：

①计算从元素(B004)包含的顶点位置指向点光源(207)位置的向量(B005)；

②对向量(B005)进行归一化运算；