[发明专利]用于建模光反射的混合射线跟踪方法

说明书

在此公开的各种实施例之中，是用于以混合方法与屏幕空间反射一起使用实时射线跟踪的示例方法。在某些实现中，这两种方法在对要被绘制的像素的初步分析(预通过)期间决定针对给定像素是使用屏幕空间反射还是射线跟踪的过程中进行组合。

技术领域

本申请涉及用于在三维计算机图形环境中绘制反射的计算高效的方法。

背景技术

在三维(“3D”)计算机图形环境中，在创建沉浸式的、令人信服的体验时，非常需要对反射表面的准确绘制。例如，在考虑到所有相关因素(诸如光源的位置、对象相对于表面的形状和位置、以及虚拟相机的位置)之后，环境中的反射表面(例如，光滑的反射地板或墙壁)理想地反射环境中的其他对象。

多年来，已经开发出各种技术来对光反射进行建模。最广泛使用的技术之一是“屏幕空间反射”或“SSR”。顾名思义，屏幕空间反射是一种重复使用屏幕空间数据来计算反射的技术。但是，由于SSR技术仅限于使用屏幕空间数据，因此它会产生大量异常、伪影和/或遗漏。例如，如果在屏幕空间中不存在用于绘制准确反射的数据，则SSR技术将失败并且不会提供用于反射表面的正确绘制的像素数据。因此，需要在3D计算机图形环境中绘制反射的改进技术。

发明内容

提供本“发明内容”以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“发明内容”既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

在本文中公开的各种实施例之中的是用于以混合方式与屏幕空间反射(“SSR”)一起使用实时射线跟踪的示例方法。在某些实现中，这两种方法被组合在对要被绘制的像素的初步分析(预通过)期间决定针对给定像素是使用SSR还是射线跟踪的过程中。

另外的实现涉及通过在镜面表面上选择多数方向来在很小的质量损失的情况下加速射线跟踪的优化技术。更进一步，一些技术涉及通过仅跟踪一部分射线并且将这些射线(或这些射线的内插或滤波版本)用于相邻像素来加速射线跟踪。

在一个示例实施例中，例如，针对帧生成反射射线原点和方向的列表。然后，针对具有反射射线的选定像素：(a)确定针对选定像素的反射射线是否被反射回帧的虚拟相机位置；(b)如果确定反射射线被反射回帧的虚拟相机位置，则执行射线跟踪技术以生成针对反射射线的所得到的像素值；(c)如果确定选定反射射线未被反射回帧的虚拟相机位置，则执行屏幕空间反射技术以生成针对反射射线的所得到的像素值。然后可以使用所得到的像素值来绘制帧。

此外，在一些实现中，该方法还包括：如果屏幕空间反射技术失败，则针对反射射线执行射线跟踪技术。在另外的实现中，对反射射线是否被反射回帧的虚拟相机位置的确定包括：计算点积；以及评估来自点积的所得到的标量值是正还是负。点积可以是例如针对选定像素的视图矢量和针对选定像素的反射矢量的点积。在其他实现中，对反射射线是否被反射回帧的虚拟相机位置的确定是通过以下操作来执行的：计算线段端点，线段端点包括反射射线的原点和沿着反射射线的方向的点；将线段端点变换到投影相机空间中；通过彼此相减来根据线段端点构造投影空间中反射射线；以及确定投影空间中反射射线的方向面向虚拟相机，并且从而确定原始反射射线被反射朝向虚拟相机。在一些示例实现中，反射射线被确定为被反射回帧的虚拟相机位置，并且射线跟踪技术还包括：(a)使用帧的分辨率降低的图像用于射线跟踪技术；或者(b)为与选定像素相邻的像素值的组选择代表性法线。

在本文中公开的另一示例技术中，从用于在计算机生成的环境中绘制表示反射的像素值时使用的多个可用绘制技术之中自适应地选择绘制技术。在该实施例中，多个可用绘制技术包括射线跟踪技术。在一些示例实现中，多个可用绘制技术还包括屏幕空间反射技术。然后，使用所选择的技术计算像素值，并且可以将像素值缓冲在硬件缓冲区中。