[发明专利]基于虚拟点光源的三维场景全局光照效果分布式集群绘制方法

说明书

本发明涉及一种基于虚拟点光源的三维场景全局光照效果分布式集群绘制方法，该方法首先利用所有绘制结点计算机并行地产生一系列虚拟点光源；然后在控制结点计算机上对绘制结点计算机产生的虚拟点光源集合进行矩阵行列采样，得到一个虚拟点光源子集；最后控制结点计算机把采样得到的虚拟点光源子集发送给所有绘制结点计算机，在绘制结点计算机上并行地完成间接光照效果绘制。控制结点计算机负责完成直接光照效果绘制，在此基础上合并所有绘制结点计算机发来的间接光照效果绘制结果，从而得到全局光照效果绘制结果。

技术领域

本发明涉及一种基于虚拟点光源的三维场景全局光照效果分布式集群绘制方法，属于真实感三维场景绘制技术领域。

背景技术

三维场景全局光照效果绘制技术在动画电影制作、电脑游戏开发、数字媒体设计、虚拟现实等领域有着重要应用价值。目前已有不少关于三维场景全局光照效果绘制的报道。全局光照可以分成直接光照和间接光照两部分。发表在《Computer Graphics Forum》2014年33卷1期的论文《Scalable Realistic Rendering with Many-Light Methods》讲解了使用虚拟点光源实现间接光照效果绘制的方法。该方法首先从面光源随机发射一系列光线，并基于随机走步法跟踪这些光线在三维场景中的传输过程，在光线传输路径与三维场景的几何对象的每个交点处创建虚拟点光源(在光线传输路径的起点处不创建虚拟点光源)；然后用得到的所有虚拟点光源照射三维场景，累加各个虚拟点光源对可视场景点产生的直接光照值即得到面光源对可视场景点产生的间接光照值。基于虚拟点光源的三维场景间接光照效果绘制存在的一个问题是，虚拟点光源数目通常很多，在计算众多虚拟点光源对可视场景点产生的直接光照值时，要做大量可见性测试计算，时间开销很大。发表在《ACMTransactions on Graphics》2007年26卷3期的论文《Matrix Row-Column Sampling forthe Many-Light Problem》讲述了利用矩阵行列采样技术从众多点光源中随机选择一部分用来实际照射三维场景(这个过程称为对众多点光源进行采样、得到采样点光源)，并根据这些被选中的采样点光源对可视场景点的直接光照值来近似估计所有点光源对可视场景点的直接光照值总和(这个过程称为基于采样点光源的可视场景点直接光照值总和估计技术)。虚拟点光源是特殊的点光源，其用来计算间接光照。基于采样点光源的可视场景点直接光照值总和估计技术可以使用基于抛物面阴影图的阴影映射方法来完成阴影计算。2002年Springer出版的《Advances in Modelling,Animation and Rendering》的397～407页讲述了基于抛物面阴影图的阴影映射方法。面光源照射三维场景的直接光照值可以用蒙特卡罗直接光照求解技术来近似估计。发表在《ACM Transactions on Graphics》1996年15卷1期的论文《Monte Carlo Techniques for Direct Lighting Calculations》详细介绍了蒙特卡罗直接光照求解技术。分布式集群系统由大量通过高速网络连接在一起的计算机结点组成，可以提供比单台计算机强很多的并行计算能力。图1所示为包含一个控制结点计算机和4个绘制结点计算机的分布式集群系统。本发明提供一种利用分布式集群系统的并行计算能力来提高基于虚拟点光源的三维场景全局光照效果绘制速度的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于虚拟点光源的三维场景全局光照效果分布式集群绘制方法，其通过利用分布式集群的并行计算能力来提高三维场景全局光照效果绘制速度。