[发明专利]一种包含模糊反射效果的3D虚拟场景的左右眼立体画面绘制方法

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，涉及一种包含模糊反射效果的3D虚拟场景的左右眼立体画面绘制方法。

背景技术

三维动画电影作为近年来新兴的计算机艺术，发展势头非常迅猛，已经在许多行业得到了广泛的应用。为了产生更强的视觉冲击力，目前很多三维动画电影都具有立体视觉效果。立体视觉效果的基本原理是，观众在观看动画电影时，左右眼能分别互不干扰地看到左右眼虚拟相机拍摄的图像画面，再通过人脑的合成，最终产生画面的入屏或者出屏效果。

为了提高三维动画电影画面的真实感，往往要求在绘制的图像中加入全局光照效果。实现全局光照效果的关键是，正确地模拟3D虚拟场景中的不同物体表面对光的反射过程。在三维图形绘制中，常见的光照反射类型有：镜面反射(Specular Reflection)、漫反射(Diffuse Reflection)和模糊反射(Glossy Reflection)。镜面反射和漫反射实际上可以看成是模糊反射的特例。通常使用双向反射分布函数(BRDF)来建模物体表面对光的反射特性。2004年Pascal Gautron等人提出用半球谐和基函数来表示半球域函数(Hemispherical Functions)(见2004年欧洲图形学学会出版的Eurographics Symposium on Rendering会议论文集中的论文《A Novel Hemispherical Basis for Accurate and Efficient Rendering》，作者Pascal Gautron，Jaroslav Krivanek，Sumanta Pattanaik，Kadi Bouatouch)。由于3D虚拟场景中的物体表面的BRDF和入射辐射亮度等物理量实际上都属于半球域函数，因此可以用半球谐和基函数来表示。

传统的3D虚拟场景立体画面绘制方法采用分别独立绘制左右眼虚拟相机的图像画面的方式来实现立体画面的绘制。模糊反射是真实感3D虚拟场景中的一种常见光照反射类型。然而，由于模糊反射的出射光照值与观察角密切相关，而3D虚拟场景中的同一点相对于左右眼虚拟相机的观察角通常并不相等。因此，3D虚拟场景中的物体表面上的同一点在左右眼虚拟相机的图像画面的像素中所表现出的光照值通常并不完全相等，这使得左眼虚拟相机的图像画面的模糊反射光照计算结果难以直接在右眼虚拟相机的图像画面中复用。本发明利用半球谐和基函数来表示3D虚拟场景中的物体表面的BRDF和入射辐射亮度，通过入射辐射亮度缓存实现已有计算结果的重用，以便提高包含模糊反射效果的3D虚拟场景的左右眼立体画面绘制的速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种包含模糊反射效果的3D虚拟场景的左右眼立体画面绘制方法。本发明方法需要的设备包括：带有双核CPU和共享内存的计算机系统。如图1所示，当左眼虚拟相机(101)和右眼虚拟相机(102)能同时拍摄到3D虚拟场景中的物体(105)的表面上的点p₁、点p₂和点p₃时，点p₁、点p₂和点p₃的光照值将分别保存在左眼虚拟相机(101)的像平面(103)和右眼虚拟相机(102)的像平面(104)上的像素中。首先将3D虚拟场景中的漫反射和模糊反射表面的双向反射分布函数(Bi-directional Reflectance Distribution Function，缩写为BRDF)展开成低阶半球谐和基函数(Hemispherical Harmonics Basis Function，缩写为HSHBF)的累加和的形式，把各阶HSHBF的系数保存在共享内存中并与该表面的BRDF相关联。然后在双核CPU上同时绘制左眼虚拟相机(101)的图像画面和右眼虚拟相机(102)的图像画面，将漫反射和模糊反射表面点的入射辐射亮度展开成低阶HSHBF的累加和的形式，并保存在入射辐射亮度缓存中，通过基于梯度的入射辐射亮度插值计算，实现入射辐射亮度计算结果的重用，从而提高3D虚拟场景的左右眼立体画面的绘制速度。

本发明方法提供一种入射辐射亮度记录项数据结构，其包括位置分量、局部坐标系分量、HSHBF展开系数分量、HSHBF展开系数平移梯度分量等成员变量。