[发明专利]基于可控制纹理烘焙的三维矢量模型实时光影延迟着色渲染方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机应用技术和计算机视觉领域，具体涉及一种基于可控制纹理烘焙的三维矢量模型实时光影延迟着色渲染方法。

背景技术

在真实感图像合成中，光照和阴影是密不可分的，它们对场景真实感起着决定性的作用，是真实图像生成中最关键的技术之一。适当模拟自然物理世界的光照，不仅能让人感知到物体的存在并对物体的几何性质有所认识，还能够让人知道物体的材质属性。而阴影更能帮助人们判断自己所面对的方向或者根据阴影判断自己所处的环境以及阴影所对应实体的信息，光照和阴影的生成大大增强了场景的可信度和沉浸感。

早期图形开发者使用的光照就是固定功能管线提供的传统光照模型，对于其他许多光照算法在应用中都不可以通过图形管线使用。阴影方面也是大部分使用固定功能管线，并依赖于图形 API 对硬件的扩展或图形 API 的更新来实现，在实现上带来了一些不必要的复杂性。固定功能管线的这些缺点大大限制了对光照和阴影算法的研究与应用。

近几年出现了可编程 GPU，图形开发者可以使用 GPU 语言来控制最重要的图形管线操作，我们可以利用可编程管线提供的灵活性来创造出更逼真的渲染效果，这种可编程性为图形开发者提供了一个广阔的研究和实践平台，基于可编程 GPU 来实现和优化光照和阴影算法也逐渐成为研究热点。

由于GPU目前能实现的指令有限，存在着一定的局限性。而渲染到纹理技术是计算机图形学中极为常用和有效的技术，借助渲染到纹理技术可以存储数据，扩展GPU的功能。对于一些耗费时间的计算，更可以提前把结果计算好并存储在纹理中，这样便将大量的复杂计算简化为对纹理的查找，能够节约大量时间。但是同时也需要考虑纹理的大小问题，过大的纹理会消耗系统的显存，反而对实时渲染不利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于可控制纹理烘焙的三维矢量模型实时光影延迟着色渲染方法，解决了现有技术渲染复杂、太耗时，以及对计算机的配置要求过高的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于可控制纹理烘焙的三维矢量模型实时光影延迟着色渲染方法，包括以下步骤：

步骤一：在3D max中载入整个大规模复杂模型场景（本发明实例采用的是机场模型，包括候机楼和机场地面），

步骤二，计算出整个场景的每个像素在时间上的可见度函数；

步骤三，在时间区域上计算出该段时间的平均光照，利用这段时间上各光源点渲染出来的影子来产生模糊的阴影；

步骤四：将阴影信息中的点光源通过PCF的方法计算出最终可见度值，在经过简化后存储在两组彩色纹理中；

步骤五，将最终可见度值乘以一个着色值进行光源轨道上的实时计算，计算出最终的颜色值；

步骤六，最终的颜色值利用GPU可编程的光线跟踪引擎计算并渲染出带纹理贴图及阴影的真实感场景效果。

进一步的，所述步骤二中，计算出整个场景的每个像素在时间上的可见度信息是通过3D max中计算场景数据的光线跟踪引擎插件来实现的。

所述光线跟踪引擎插件为mental ray渲染器，其计算整个场景模型场景可见度函数的方法如下：

先进行预渲染处理：从光源轨道上的每个点进行渲染，调整每个可见度函数的上升边和下降边，8bit的方式将上升边和下降边的值分别存储为上升矢量和下降矢量，得到每个像素的可见度函数，可见度函数是用0-1值表示的；再进行渲染后期处理：预渲染从光源轨道上的每个点渲染整个场景，得到的数据量非常庞大，需要极大的存储空间，而且对后面的可编程处理计算实时阴影带来不便；

因此，我们在渲染后期对这些数据进行处理，即针对预渲染处理步骤得到的每个点的场景渲染数据，按太阳轨道曲线上的数据，跟踪场景中各像素来自每道光线所对应的光源点，由于可见度函数是用0-1值表示的，在时间域上的上升边和下降边定为表示太阳出现和消失的时间，最终得到两张表示每个像素在时间区域上的可见度函数的纹理图，纹理图由上升矢量纹理和下降矢量纹理组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：结合了基于光线跟踪的离线渲染方法和邻域采样过滤遮挡区间映射技术，算法生成的阴影更具真实感, 克服了阴影映射算法产生的锯齿问题，满足虚拟现实的应用要求。

附图说明

图1为本发明一种基于可控制纹理烘焙的三维矢量模型实时光影延迟着色渲染方法的流程示意图。

图2是采样数较少时，机场模型的阴影远景效果图。

图3是采样数较多时，机场模型的阴影远景效果图。