[发明专利]用于实时渲染镜面的图像的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种渲染镜面的图像的技术。

背景技术

在计算机图形学中，具有区域光线的镜面的基于物理的照明是一项具有挑战性的任务。区域光提供更自然的照明，使VFX(代表视觉效果)/游戏艺术家更好地控制场景内的光平衡，以减少对比度或匹配一个或多个艺术标准。大多数涉及区域光和镜面的实时渲染解决方案使得辐射亮度粗略近似地达到实时性能。这些解决方案仅限于简单的区域光几何形状(球面、圆盘或矩形)，对可见性有很强的假设，最重要的是，它们通常仅限于用于镜面的Phong模型。

由于除了使用计算密集的蒙特卡罗方法(Monte Carlo methods)外，没有实用的方法来评估表面积分，因此很难准确地实时渲染镜面。最近的技术，例如最具代表性的点方法可缓解这个问题，但是却是权衡准确性以实现实时性能，而且这些技术仅适用于镜面的Phong模型。James Arvo在1995年ACM SIGGRAPH(美国计算机协会计算机图形专业组)年度会议系列丛书“计算机图形学会刊”上发表的文章“辐照照度张量在模拟非朗伯现象中的应用(Applications of Irradiance Tensors to the Simulation of Non-Lambertian Phenomena)”一文中，已经提出了一种使用考虑了多边形光源的轮廓积分的分析解决方案。不幸的是，因为这种解决方案需要评估耗时循环，因此这种解决方案在图形处理单元(GPU)上仍然不可使用。而且，这种解决方案仅限于用于镜面的Phong模型。

因此，需要一种技术，该技术可准确地渲染镜面以克服现有技术的上述缺点，特别是镜面的Phong模型的限制。

发明内容

在下文中，考虑必须呈现出向外辐射亮度的有光泽部分的表面的阴影点。“有光泽(glossy)”一词通常是指发光，并且在本公开中属于镜面反射。通常，由于大量的光聚焦在优先方向上，因此对于眼睛来说，光滑的表面显得光亮或有光泽。

如本领域技术人员所熟知的那样，虚拟地形成了形成以该阴影点为中心并且沿着该阴影点处的表面的法线指向的单位半球的上半球形区域。该半球上的任何点都可以与从阴影点开始到半球点结束的向量相关联。措辞“相关的”将相应地在下文中使用。而且，除了单位半球，有时也可以指以阴影点为中心的单位球面，这是相同的结果。

用于渲染由至少一个区域光源照亮的表面的镜面部分的方法通过建立观察反射向量来开始，该观察反射向量是相对于该表面的观察方向的反射，该观察反射向量与要在该表面的阴影点处呈现的图像相关联。对于存在于朝向所述阴影点投影到以阴影点为中心的单位球面上的区域光源的投影区域中的每个球形边缘U_iU_i+1而言，通过以下方式建立局部辐射亮度：(a)在由球形边缘U_iU_i+1和阴影点限定的平面上建立观察反射向量的归一化投影向量(b)确定与向量相关联的单个点S是否位于边缘U_iU_i+1内部，如果是，(c)在U_i，S和U_i+1上执行中途变换，以及(d)在U_i，S和S，U_i+1上执行边缘积分以建立辐射亮度。在所有边缘上执行迭代，并且对所有边缘的局部辐射亮度进行求和。表面根据已经建立的辐射亮度进行渲染。

优选地，该方法是实时渲染方法和/或该方法用于渲染镜面。

根据本原理的另一方面，其中如果S不处于U_iU_i+1内，则执行U_i和U_i+1的中途变换，并且评估U_i，U_i+1上的边缘积分来代替执行U_i，S和S，U_i+1的中途变换，并且在U_i，S和S，U_i+1上执行边缘积分。

根据本原理的又一方面，中途变换产生与观察方向对齐的固定弯曲。