[发明专利]一种基于部件的虚拟场景光源智能生成方法

说明书

本发明设计一种基于部件的虚拟场景光源智能生成方法，包括以下步骤：对预定义的模型布置光源并手动分割，组合光源和部件形成光源部件。使用基于SDF的模型分割方法对目标模型进行分割，获得模型部件；使用基于视图的模型检索方法在查找中最相似的光源部件，形成匹配的一组部件。之后进行光源生成，首先进行模型的预处理，包括对模型进行体素化，使用PCA对匹配模型的方向进行校正，并且计算模型表面体素之间的测地线距离；根据光源模式的不同，使用两种策略生成光源，分别是基于最小生成树组织光源的方法和基于纹理合成的方法。光源生成后，对光源的颜色和位置进行校正，在3DMAX中渲染得到最终效果。本发明能够根据局部的几何相似性，对大规模场景进行快速的光源编辑，极大的提升了光源编辑效率。

技术领域

本发明属于光源编辑技术领域，具体涉及模型分割，模型检索等模型处理方法和基于最小生成树和纹理合成的光源传递方法。

背景技术

随着计算机图形学技术的不断进步，硬件设备的不断更新，在虚拟场景中的模型细节越来越多，规模越来越大，更加优化的场景建模给虚拟现实带来了更好的沉浸式的体验。这些高精度，高细致化的模型需要相应的光照条件进行渲染，优秀的光照对三维场景的渲染效果起到了至关重要的作用。因此，在场景中设置光源位置，确定光源属性，成为三维场景建模过程最重要的环节之一。为了满足虚拟场景中的各个渲染需求，美工人员在完成场景建模工作后，还需要投入大量时间进行场景光源的设计，尤其在场景较大的，光源复杂的情况下，工作量十分巨大，而且需要不断的渲染，调整光源，再渲染，同时需要与其他职能的工作人员反复沟通，迭代，才能得到较好的工作效果，耗时巨大。同时大规模虚拟场景中往往存在多个结构、形状类似的几何对象。例如建筑物群中会有结构相似的柱子，门窗，墙壁，房顶等建筑物，城市中会有相似的公路，路灯等，对这类对象逐个进行多光源建模工作繁杂冗余。因此，为了提升建模效率，本发明针对在复杂场景中的光源编辑问题，提出了基于部件的虚拟场景光源智能生成方法，美术人员仅在代表性对象的几何模型上进行多光源的设计与布置，生成样例模型，通过基于局部几何相似性的大规模场景光源智能编辑方法可以将样例模型上的多光源排列模式，光源参数等传递到类似形状的对象上，减少对大规模场景进行光源设计与布置的时间开销，极大的提升工作效率。

虚拟现实的不断发展，应用场景的不断增多，对于虚拟场景建模的重要性愈发凸显，虚拟场景建模成为了虚拟现实最重要的研究方向之一。在三维场景的几何建模方面，很多国内外研究机构和研究者都在三维场景的几何建模上做出了重要的贡献。目前的光源编辑方法主要分为基于素描的光源设计和基于高级描述的光源设计。文献1SCHOENEMAN C.,DORSEY J.,SMITS B.,ARVO J.,GREENBERG D.:Painting with light.In Conference onComputer Graphics and Interactive Techniques(1993),pp.143–146.提出根据光照效果反推光源参数，并且提供用户界面帮助设计人员探索参数空间，达到理想的照明效果。文献2 GUMHOLD S.:Maximum entropy light source placement.In Visualization,2002.Vis(2002),pp.275–282.提出从一个场景出发，使用优化方法得到光源的参数，通过迭代优化的方法从初始的位置出发，对光源位置颜色等进行优化，得到较好的效果。