[发明专利]降低渲染延迟的系统和方法

说明书

一种降低渲染延迟的系统和方法。在一个实施例中，计算系统可以基于在第一时间生成的第一传感器数据来确定3D空间中的第一方位。该系统可以通过基于第一方位投射射线以测试相交，来确定在3D空间中的物体的第一可见性。该系统可以基于所确定的第一可见性生成一第一像素行，并输出第一像素行以供显示。该系统可以基于在第二时间生成的第二传感器数据来确定第二方位。该系统可以通过基于第二方位投射射线以测试相交，来确定物体的第二可见性。该系统可以基于所确定的第二可见性生成第二像素行，并输出第二像素行以供显示。第二像素行和第一像素行同时显示。

技术领域

本公开一般涉及计算机图形，并且更具体地涉及用于生成诸如虚拟现实和增强现实的人工现实的图形渲染方法和优化。

背景技术

计算机图形，一般说来，是使用计算机创建的视觉场景。三维(3D)计算机图形向用户提供来自特定的视点的3D物体的视图。可以使用原始几何形状在3D建模空间中定义3D场景中的每个物体(例如，茶壶、房屋、人等)。例如，圆柱形物体可以使用圆柱形管以及顶部和底部圆形盖来建模。圆柱形管和圆形盖可以各自由较小多边形(例如，三角形)的网络或网格表示。反过来，可以基于在3D建模空间中它们各自的顶点的坐标来存储每个多边形。

即使计算机图形中的3D物体可以在三维中建模，但是它们通常通过矩形二维(2D)显示器(诸如计算机或电视监视器)呈现给观看者。由于人类视觉感知系统的局限性，人类期望在任何时刻都能从大致相同的视角感知世界。换句话说，人类期望3D物体的某些部分将是可见的，以及其他部分将被从视野中隐藏起来。因此，对于每个3D场景，计算机图形系统可以只需要渲染对用户可见的场景部分，而不需要渲染其余部分。这允许系统大大减少了所需的计算量。

光线投射是一种用于确定3D场景中物体可见性的技术。通常，虚拟光线从虚拟针孔相机通过虚拟矩形屏幕的每个像素均匀地投射到3D世界中，以确定什么是可见的(例如，基于光线击中的3D物体的哪些部分)。然而，这假定当对于具有有限视场的传统矩形显示技术(例如，计算机监视器和电话显示器)计算来自虚拟针孔相机的主可见性时，均匀的光线分布是合理的。然而，这一假设并不适用于更精确地表示真实的光学传感器的非针孔虚拟相机。此外，当前的VR观察光学器件(例如，集成在头戴式显示器内)提供弯曲的、非均匀的观察表面，而不是传统的矩形显示。因此，基于上述假设设计和优化的传统渲染技术在计算上效率低下，产生次优渲染，并且缺乏在人工现实中渲染场景的灵活性。

发明内容

本文描述的特定实施例涉及提供实时性能的主可见性算法和非常适合于渲染诸如虚拟现实和增强现实的人工现实的特征集合。当解决可见性问题时，特定实施例使用层次包围盒和两级截面剔除/入口点搜索算法来加速和优化相干主可见性光线的遍历，而不是为每个像素均匀地投射单独的光线。特定实施例利用多样本抗锯齿的适配来进行光线投射，这显著降低存储器带宽。

特定实施例进一步提供灵活性和渲染优化，这使得渲染引擎能够在保持实时性能的同时本地生成各种图形特征。在人工现实环境中这样的图形特征——诸如透镜失真、子像素渲染、非常宽的视场、聚焦和随机景深模糊——可能是特别期望的。这些实施例提供对动画和基于物理的着色和照明的支持，以提高渲染的场景的真实感。相反，为传统显示器(例如，具有均匀像素网格的矩形监视器或电视机集)设计的传统光栅化管线通常在硬件中实现，并且需要多次通过和/或后处理来近似这些特征。此外，主要关注蒙特卡罗路径追踪的传统光线追踪器在当前VR显示器上不能实现实时性能(例如，具有1080×1200×2分辨率和90Hz刷新率要求)。因此，本文描述的实施例特别适合于渲染人工现实，并且呈现了传统光栅化技术的具体的、可行的替代方案。