[发明专利]基于视觉重要性的三维场景动画渲染间接光照帧间复用方法

说明书

本发明公开一种基于视觉重要性的三维场景动画渲染间接光照帧间复用方法。在计算当前帧画面的某个像素的间接光照时，先估计间接光照与直接光照之比是否大于特定阈值，如果大于特定阈值，则表明间接光照相对于直接光照来说在视觉上比较重要，因此采取重新计算间接光照的方式来获得间接光照结果，否则直接复用前一帧的间接光照。本方法在进行间接光照的帧间复用时，考虑了间接光照相对于直接光照的视觉重要性，可以减小因帧间复用导致的间接光照误差。

技术领域

本发明属于三维场景画面渲染技术领域，涉及一种基于视觉重要性的三维场景动画渲染间接光照帧间复用方法。

背景技术

三维场景渲染是影视特效制作和虚拟现实应用中的关键技术。提高三维场景渲染效率一直是人们的一个研究重点。对于三维场景动画渲染来说，连续的前后两帧画面之间存在明显的时间相关性，可以在后一帧中复用前一帧的某些计算结果，这能节省渲染计算开销。在三维场景渲染中，生成真实感三维场景画面的关键是计算三维场景的全局光照。全局光照可以看成是直接光照和间接光照之和。从人眼视觉感知的角度说，对于某个三维场景画面像素，如果其对应的直接光照值远大于其对应的间接光照值，人眼可能难以察觉到间接光照产生的视觉效果，换句话说，此时像素对应的间接光照的视觉重要性很低。间接光照计算开销通常远大于直接光照计算开销。同时直接光照通常对视觉感知精度有重要影响。因此，本发明提出每帧画面的直接光照都重新计算，但对间接光照进行前后帧复用，如图1所示。在计算当前帧画面的某个像素的间接光照时，先估计间接光照与直接光照之比是否大于特定阈值，如果大于特定阈值，则表明间接光照相对于直接光照来说在视觉上比较重要，因此采取重新计算间接光照的方式来获得间接光照结果，否则直接复用前一帧的间接光照。在估计间接光照与直接光照之比时，通过查找前一帧画面的对应像素的间接光照来获得当前帧画面的像素的间接光照估计值。如果当前帧画面的某个像素在前一帧画面中找不到对应像素，则当前帧画面的这个像素的间接光照也重新计算。

在三维场景渲染中，用红、绿、蓝三元组来表示各种颜色，因此光照值实际上也包含红色、绿色、蓝色三个分量。光线投射(Ray Casting)是一种常见的用于渲染三维场景画面的技术。J.F.Hughes等撰写的由Addison-Wesley公司于2014年出版的《ComputerGraphics:Principles and Practice,3rd Edition》的第15章对光线投射技术作过介绍，其可以用于计算三维场景的直接光照画面。J.F.Hughes等撰写的由Addison-Wesley公司于2014年出版的《Computer Graphics:Principles and Practice,3rd Edition》的第32章介绍了路径跟踪的具体实现方法。在路径跟踪中，对于从视点出发的穿过虚拟相机的虚拟像素平面上的像素的一条光线传输路径，如果不计算在该光线传输路径与三维场景几何面片的第一个交点处散射的直接来自光源的光照贡献，则最终得到的经该光线传输路径到达视点的光照为一个间接光照采样值。在路径跟踪中，通过对像素对应的多个间接光照采样值求平均可以得到像素的最终间接光照结果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于视觉重要性的三维场景动画渲染间接光照帧间复用方法，实现在三维场景动画渲染中基于视觉重要性对间接光照计算结果进行帧间复用，以便根据视觉重要性来确定是否复用前一帧的间接光照结果，从而确保间接光照精度。

本发明的技术方案是这样实现的：

本方法的实现步骤如下：