[发明专利]GPU并行光线追踪渲染方法

权利要求书

1.一种GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于由以下步骤完成：

对文件场景中的空间划分空间位；

      计算每个物体的最小包围立方体；

      计算包围立方体经过的空间位；

      计算经过每个像素点的逆向光线；

      计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体；

      计算检索的物体与光线是否相交；

      根据相交情况，生成反射光、折射光；

      最后采用着色函数计算每个像素点的颜色；

      其中对文件场景中的空间划分空间位，是将空间分割为W×N×P个长宽高相等的空间位，其中W为x轴向分段数，N为y轴分段数，P为z轴方向分段数，并为每个空间位建立模型列表；

      计算每个物体的最小包围立方体，是根据物体在世界坐标系中XYZ的坐标范围，根据得到的坐标范围，计算出能够将物体包围进去的一个最小立方体；

      计算包围立方体经过的空间位，是通过包围立方体的8个顶点坐标，找到对应的8个空间位，再找到其包围的其它空间位； 

      计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体，是计算光线与这些物体的相交情况，并记录与光线相交的最近点坐标，并生成反射光、折射光，迭代计算；

采用着色函数计算每个像素点的颜色，是使用最近物体和最近值T来计算着色函数，以着色函数的结果填充该像素。

2. 根据权利要求1所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：用S代表空间位，空间边长为K，首先将三维空间分割为W×N×P个，W、N、P必须的取值必须要保证容纳空间内所有模型，                                                ，每个空间位所占的体积为K×K×K，每一个空间位对应一个坐标（），在空间坐标系中，每一个空间位对应一个正方体，假设，则其对应的空间正方体的对角线两个顶点的坐标分别为。

3.根据权利要求1所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：建立起所有的空间位之后需要为每一个空间位建立模型列表，需要建立一个由空间位到模型的一对多关系，将所有空间位放入链表Slist，链表中内容包括一个指向另一个链表Mlist的指针，Mlist用于存放所有经过该空间的模型ID。

4.根据权利要求1所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：对所有模型进行遍历，每遍历到一个模型，得到模型在空间坐标系中的坐标范围，即,，根据前面得到的坐标范围，得到一个对角线顶点分别是的正方体，该正方体即为该模型的最小包围立方体。

5.根据权利要求1所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：得到最小包围立方体需要将最小包围立方体转化为空间位范围，将该模型的ID放到范围内的空间位对应的Mlist中，遍历所有模型后，将得到每一个空间位内包含的模型列表；找到经过像素点的第一模型交点，然后按光线的反射和折射，迭代跟踪过程，直到找到光源，或者达到最大迭代次数；从视点出发，经过每一个视点得到一条光线，得到光线方程，利用GPU中大量的处理核心，将每一束光线方程分配给一个GPU运算核心进行运算；

      得到像素点所在空间位Sp，定义一个相交距离T，令T等于最大值；

      遍历经过该空间位内所有模型；

      遍历每个模型内所有多边形；

       如果光线与模型相交，计算相交距离t，将t与T进行比较 如果t<T 则T=t；如果在第一个空间位内没有找到交点，则从像素点出发沿光线方向延伸，得到与空间位边界的交点，根据所在面关系，得到光线经过的下一个空间位，直到找到交点，或者光线射出空间位最大范围。

6.根据权利要求1所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：当找到与光线相交的第一个模型后，确定第一个相交点后，进行反射和折射运算，确定模型该位置的光线来源；确定新的光线，寻找下一个相交模型及相交点；    整个过程为递归操作，在找到最终的光线来源后，从后向前顺序取得交点颜色，进行明暗衰减处理，阴影验证操作。

7.根据权利要求6所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于：从验证点出发，向所有光源进行连线，得出阴影线，验证是否在阴影中，首先得到阴影线经过的第一个空间位；将隐形线与经过该空间位的模型进行相交测试；如果没有相交，则进入第二个空间位，以此类推，直到找到相交点，或者抵达光源位置，最后得到所有光源对于该验证点的阴影验证结果。