[发明专利]GPU并行光线追踪渲染方法

说明书

技术领域

      本发明属于动画制作领域，涉及一种GPU并行光线追踪渲染方法。

背景技术

      真实感动画需要模拟光线在场景中进行传播所发生的各种物理现象，如多次的反射、折射、投影等。这不仅需要对场景中各种物体的几何属性和材质属性的精确描述，还需进行多次反射、折射带来的极其复杂的求解计算，这使得渲染一幅真实感图像需要很长的时间，图形学领域的很多研究都集中在如何更好地实现全局光照算法，在很短的时间内生成高质量的图像上。

      在三维数字动画制作过程中，渲染是一个及其重要的环节，它对产品的质量有着至关重要的影响。以往的渲染方法，如光栅渲染，有着很多“先天不足”的问题，在细节渲染上可能存在严重的失真、无法简单地实现全局光照、无法绘制出准确细腻的阴影效果等问题，而光线跟踪能方便地模拟生成复杂的光照效果，生成高质量的图像。但光线跟踪算法的计算开销较大，妨碍了其应用效率。

发明内容

      本发明所要解决的问题在于提出一种GPU并行光线追踪渲染方法，从而提高了渲染速度，并且使渲染光影效果逼真。

本方法采用空间位和GPU并行方法加速光线追踪的速度，能渲染出最接近现实、细节最细腻逼真的画面，且计算速度快，可以在实践中得到很好地应用，包括如下步骤：

      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。

      本发明所述的对文件场景中的空间划分空间位，其特征在于，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；

      本发明所述的计算每个物体的最小包围立方体，其特征在于，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；

      本发明所述的计算包围立方体经过的空间位，其特征在于，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；这些空间位即为物体经过空间位，但物体本身和最小包围立方体之间存在空间范围的差异，为减少工作的计算量，将此差异进行忽略；

      本发明所述的计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体，其特征在于，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；

      本发明所述的采用着色函数计算每个像素点的颜色，其特征在于，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。

    本发明不仅能够生成逼真细腻的渲染效果，而且采用GPU加快了渲染速度，能够在实际中得到很好的应用。

附图说明

图1为空间位模型列表生成流程图；

图2为空间示意图；

图3为像素点第一相交模型确定流程图；

图4为光线跟踪流程图；

图5为阴影验证流程图；

图6为采用空间位优化与非空间位优化效率比较图。

具体实施方式

      下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1给出了空间位列表的生成流程，具体过程如下：

      （1）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，结果如图2所示，则                                                。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。

      （2）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。