[发明专利]一种3D游戏引擎全局照明的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体地，涉及一种3D游戏引擎全局照明的实现方法。

背景技术

电子游戏是时下最受欢迎的娱乐休闲方式之一，而随着电子游戏历经30多年发展的今天，越来越逼真的3D图形化游戏引擎技术已成为当今游戏领域的重中之重，其中光照效果的实现与处理运用是体现游戏3D效果的重要环节受到国内外游戏引擎和图形技术研究者的重视。

目前3D游戏开始采用光能传递渲染技术实现游戏场景中的全局照明，这种技术可以通过光的无限反射原理模拟真实世界中光对物体的影响效果，得到标准的扫描线渲染无法还原的真实图像效果。然而这类全局照明依然存在较大的局限性和不足，其执行效率无法满足游戏中的大规模场景和物件的渲染，同时这类渲染技术在对动态物体渲染时无法获得足够的渲染时间以应对运动中的物体呈现色彩光照效果的变化导致实际渲染效果不准确甚至影像跳动。

现有的主流3D游戏引擎中并没有完备的技术手段去解决上述问题，由于执行效率低下和动态物体光照效果处理不理想，大部分游戏放弃了使用该类技术以牺牲画面美术效果的预加载光照方式换取更高的运行效率。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在全局照明难度大、渲染效果差和运行效率低等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种3D游戏引擎全局照明的实现方法，以实现全局照明难度小、渲染效果好和运行效率高的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种3D游戏引擎全局照明的实现方法，主要包括：

a、通过场景中环境光、漫反射和高光一起相互作用，生成直接光照；

b、通过渲染场景中的几何模型，进行处理，生成间接光照；

c、将生成的直接光照和间接光照的各个漫反射和高光分别进行加法运算，得到所需全局照明。

进一步地，所述步骤b，具体包括：

渲染场景中的几何模型，生成光源RSM；

基于生成的光源RSM，采用MTR技术生成两张渲染目标，对场景中的增加虚拟的点光源，通过着色方程等算出一个点光源对场景中的一个点的贡献值；

通过数学积分计算算出多个点光源对场景中这个点的贡献值，结合采用MTR技术生成的渲染目标，得到间接光照的所需要的信息。

进一步地，所述步骤b，具体还包括：

基于所得间接光照所需信息，在基于原分辨率1/4的分辨率条件下，运用UPSAMPLE和BLUR的方法对画面进行优化处理，生成逼真的真实画面。

进一步地，所述运用UPSAMPLE和BLUR的方法对画面进行优化处理的操作，具体包括：

基于SII技术和RSM技术，在Light空间下渲染场景，每个像素除了记录Normal和Flux，以及Position和Phong；

基于所得渲染场景，进行Splatting投射：在RSM中均匀采样一定数量的pixel lights，然后每一个pixel lights被当作一个VPL，每一个VPL有个辐射通量的区域，并投射到显示屏幕上；

通过采样像素光源所影响的区域以及对这些范围进行着色，实现逼真可信的Indirect Illumination间接光照效果。 

进一步地，在所述通过采样像素光源所影响的区域以及对这些范围进行着色的操作中，对采样的像素的影响区域进行计算的操作，具体包括：

首先在场景中增加VPL，通过间隔均匀采样棋盘格式的方法，计算每一个点光源影响的像素范围，计算方法如下：

                   （1）；

通过公式（1），计算F（X）的最大值，来确定椭圆的位置，对F（X）求导，当F取最大值的时候，得到x的值为C（n），而C（n）表示为：

                  （2）；

C（n）就是椭圆的中心，而F（C（n））就是椭圆的高度，W（n）=max（C（n），1-C（n））表示椭圆的宽度，从图中看出n越大 椭圆轨迹越狭窄，n越小椭圆的轨迹就越宽阔。

进一步地，在所述通过采样像素光源所影响的区域以及对这些范围进行着色的操作中，每个像素的着色模式，具体包括：

在RSM思路中，每一个Light View 的RSM中出现的点，都是对场景的间接光照都是有贡献的；设想它是无限的小的，那么它在方向上发出的光强就是：

           （3）；