[发明专利]在图像渲染中改进样本测试效率的无剪裁时间和镜头界限

说明书

相关申请的交叉引用

下列共有专利申请的任何一个均出于所有目的、以引用的方式全文合并到当前递交的本申请中：

于2011年6月24日递交的、题目为“用于在图像渲染中改进样本测试效率的系统及方法”的美国专利申请13/168,765，律师签号为HE-10-191-US；以及

于2011年6月24日递交的、题目为“用于在图像渲染中改进样本测试效率的基于边界框的技术”的美国专利申请13/168,771，律师签号为HE-10-192-US。

技术领域

本发明涉及图像渲染，并且尤其涉及在图像渲染应用中改进样本测试效率。

背景技术

高质量图像的渲染依赖于对形成该图像的每一个像素进行精确的颜色计算。通过将样本点（sample point）分布跨越每一个像素、测试哪些样本点被图像中待渲染基元（primitive）所重叠、以及基于那些被重叠以及未被重叠的样本点为像素计算颜色，来改进该颜色计算的精确度。

样本测试算法（有时称做“点包容测试（point in polygon test）”）确定屏幕空间区域（通常是像素）的哪些样本被基元所重叠，以及这些算法的质量可基于其“样本测试效率”（STE），该术语指的是对给定的屏幕空间区域例如像素而言，被基元所重叠的样本点数量与所测试的样本点数量的对比。高STE表明有效率的样本测试算法，此时有高比例的测试样本点实际或可能被基元所重叠。

在移动模糊（motion blur）和景深（depth of field）渲染效果的情形下，改进STE的技术是有用的，此时这两种效果均涉及潜在穿过大量像素、导致大量潜在的必须考虑进行测试的样本点的基元。

当相机和/或几何体移动而虚拟相机快门为开时，发生移动模糊。虽然在帧曝光期间该移动理论上可以是任意的，但在电影工业中已经观察到通过假定在快门开（t=0）和关（t=1）之间的线性移动，通常可以令人满意地对顶点移动简化。

在随机光栅化中，对帧缓冲区进行一般化处理从而使每个样本除屏幕空间（x，y）位置之外还具有附加的属性。为了支持移动模糊，为每个帧缓冲区样本指定时间值。在不存在移动时，该帧缓冲区完全如现有操作那样，提供空间的反混叠（antialiasing）。存在移动时，则仅当在采样的时候三角形重叠样本时才更新该样本。

现有技术描述了几种将三角形内插到指定时间的方式。一种方法如SIGGRAPH 1990会议记录中第309-318页由P.Haberli和K.Akeley所著的“累加缓冲区：对高质量渲染的硬件支持”，以及如高性能图形2009会议记录中由K.Fatahalian、E.Luong、S.Boulos、K.Akeley、W.Mark以及P.Hanrahan所著的“具有去焦以及移动模糊的微多边形的并行数据光栅化”所描述的。这种方法涉及在三角形设置之前将基元顶点内插到齐次剪裁空间（homogeneous clip space）中，因此对于每个各异的时间需要单独的三角形设置/渲染通道。然而简化实现时，这一方法难以适应每像素的大量样本，并且由于唯一时间值的固定（通常很小）集，可能会损坏图像质量。

第二种常规方法是为整个曝光时间识别用于“连续时间三角形”（TCT）的屏幕空间界限（bound），随后通过将三角形内插到当前样本的时间来测试所有被覆盖像素中的全部样本，如高性能图形2009会议记录中由T.J.Munkberg以及J.Hasselgren所著的“使用连续时间三角形的随机光栅化”的公开内容所描述的。可能的实现至少包括连续时间边缘函数（约为传统2D边缘开销的三倍）以及光线-三角形交叉。由于可为每个样本设置唯一的时间值，因此TCT提供了高图像质量，但随之而来的缺点是低STE。当三角形迅速移动时，它能够覆盖屏幕上相当大的区域，然而同时我们希望它不管是否移动，均覆盖大致恒定数量的样本。因此对于快速移动而言STE会大幅度衰减，并且在现实情况中有可能低至1%。

第三种方法如美国专利4,897,806所述，借此将曝光时间分割为多层（通常，层数等于每像素的样本数量），以及为每一层调用上述第二种方法。这显著改进了STE，但对于通常在快速渲染图形（4-16样本/像素）中所遭遇的低采样密度来说，该方案的效率并不是最佳的。