[发明专利]基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法及系统

说明书

本公开公开了基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法及系统，从视点发射第一光线，记录第一光线与场景物体的碰撞点位置；从光源发射第二光线，得到光子图；将光子图划分为若干个连续的图像子块，计算每个图像子块内碰撞点距离误差值和光子数误差值；在着色阶段，遍历碰撞点；首次执行时，对每一个碰撞点，根据设定半径进行光子采样；在非首次执行时，对每一个碰撞点，根据碰撞点距离误差值和光子数误差值，计算碰撞点的若干个新的采样半径，利用若干个新的采样半径，对当前图像子块内碰撞点新的采样半径内的光子进行重新采样；当所有的碰撞点均进行光子重采样后，得到渲染后的图像，返回着色阶段，直至满足设定迭代次数，得到渲染图像。

技术领域

本公开涉及图形学真实感渲染技术领域，特别是涉及基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

计算机图形学中涉及的图形真实感绘制目的是为了生成单一的或者连续帧的图像，以此来表现一些虚拟的场景，并让这些场景看起来尽可能的和真实场景相似。全局光照方法是图像真实感绘制的重要内容，它可以有效的增强虚拟场景的真实感。

全局光照指的是除了考虑光源对物体的直接作用外还需要考虑场景中由于物体之间的相互作用而产生的间接光照情况，它包括了场景中所有的光照。光线追踪算法利用光线可逆原理，让光线从视点出发，沿着视线方向寻找反射和透射的物体，从而来确定屏幕上每一点的亮度。它模拟光在空中传播的过程，与空间物体发生碰撞后渲染出不同的颜色以及明暗效果。光线追踪涉及到大量光线与物体的求交运算，对内存的要求较高，同时作为一个离散采样算法，在绘制过程中有时会出现严重走样的现象。

1996年，HenrikWann Jensen引入了光子映射算法，它是光线追踪的延伸，是当前模拟全局光照最快的算法之一。它从光源发射大量光子，并在它们碰到漫反射物体时，将他们保存在一个光子图中，以建立光子图；使用统计技术从光子图中提取出屏幕上光线的碰撞点计算其入射通量以及反射辐射能，即在最后的图像渲染时，通过光子图对色彩进行估算。光子映射能够模拟全局光照中的很多现象，比如焦散、镜面反射、辉映等光线追踪无法模拟的现象。但是由于光子发射函数的随机性，会导致光子分布不均以至于渲染阶段可能会出现噪声，需要结合最终聚集算法来解决这些问题。

2008年，Hachisuka等人提出了渐进式光子映射(Progressive Photon Mapping)方法，PPM倒转了Ray Tracing和Photon Tracing的顺序，存储Ray Tracing阶段检测到的碰撞点，然后一轮轮地发射光子，给碰撞点“送光”，每一轮将半径R减小一次，通过不断缩小渲染半径，使图像的细节被强调出来。随着轮数的增多，半径越来越小，光子越来越多，渲染的结果更加逼真。PPM提出一个新的辐射度计算方法，当提供足够多的光子时，可以收敛到正确的辐射值。随后，Hachisuka稍稍改进了PPM算法，提出了随机渐进光子映射(StochasticProgressive Photon Mapping)。SPPM与PPM的不同之处在于，SPPM在每一次光子发射完毕后，使用分布式光线追踪算法在区域内随机生成碰撞点，使得每次光子图中存储的光子数据都不一样。分布式光线追踪中一个像素点有多条光线穿过，即多个采样点，和传统的光线追踪相比，采样更加精确。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

现有的随机渐近光子映射中效率低下和光子覆盖率慢。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法及系统；

第一方面，本公开提供了基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法；

基于光子重采样的随机渐近光子映射图像渲染方法，包括：