[发明专利]光线追踪应用中的时空去噪

说明书

公开了用于在图形渲染图像中在时间和空间上过滤(使用一条或更多条光线追踪效果生成的)有噪声图像数据的各种方法。不是使用空间滤波器对数据值进行完全采样，而是可以使用空间滤波器内的滤波器抽头对该数据值进行稀疏采样。为了说明稀疏采样，滤波器抽头的位置可以在空间和/或时间上抖动。为了滤波效率，当使用历史数据值对像素进行时间滤波时，可以减小空间滤波器的尺寸。此外，使用时间滤波器滤波的数据值可以被钳位以避免重影。为了进一步提高滤波效率，可以将空间滤波器应用为可分离滤波器，其中可以使用减小滤波器宽度在多次迭代中执行针对滤波器方向的滤波，从而当空间滤波器不遵循真实高斯分布时减少视觉伪像的机会。

背景技术

光线追踪是在图像渲染应用中使用的一种技术，所述技术通过在虚拟环境中追踪光的路径并模拟光与虚拟对象相遇的效果来执行。光线追踪技术可用于模拟各种光学效果，诸如阴影、反射和折射、散射现象和色散现象(诸如色差)。渲染光线追踪效果的常规方法使用随机光线追踪来采样像素的光照条件，其中光线追踪相机和次级光线在虚拟环境中投射。采样的光照条件可以被组合并应用于图像中的像素。为了节省计算资源，通常会稀疏采样光线，这可能会导致有噪声渲染。随后可以对该有噪声渲染进行滤波以减少噪声，并产生近似于完全采样场景的渲染的最终渲染。

为了使最终渲染能够在滤波之后准确地描绘虚拟环境中的光照条件，常规方法需要针对每个像素的大量的光线追踪样本(例如，数百个样本或更多个样本)。由于样本数量众多，用于渲染虚拟环境的计算资源可能太大而无法对诸如游戏之类的实时渲染应用足够快地执行。常规系统可以使用来自先前图像的历史像素值来辅助渲染。然而，这些使用历史像素值的方法仍可能会影响渲染时间，并且在光照条件快速变化时可能导致重影和/或其他不希望的视觉伪像。

其他方法使用通用空间滤波器对光照条件数据进行去噪。但是，这些空间滤波器会导致较低质量的渲染。例如，这些常规系统假设所有空间滤波器在屏幕的水平和垂直方向上是轴向对准并且各向同性(例如，圆形)，从而允许将空间滤波器应用于相同的水平和垂直通路(pass)。这无法说明场景中光线的方向性质，每个像素可能会有所不同。另外，常规系统假设像素的每个空间滤波器的滤波器核心遵循以像素为中心的真实高斯分布。这允许使用水平通路和垂直通路分别应用空间滤波器，水平通路和垂直通路共同等效于在单个通路中不可分离地应用空间滤波器。然而，为了提高空间滤波器的精度，可能希望使用不遵循真实高斯分布的滤波器内核，在这种情况下，可分离地应用空间滤波器可能不等同于不可分离地应用空间滤波器。

发明内容

本公开的实施例涉及光线追踪应用中的时空去噪。特别地，本公开涉及用于对使用光线追踪效果生成的光照条件数据进行去噪的方法。更具体地，本公开涉及在图形渲染图像中在时间和空间上对图像数据进行滤波的方法，该图像数据是使用一个或更多个光线追踪效果生成的。

除了对历史像素值进行采样的时间滤波器之外，用于对光线追踪图像进行去噪的所公开的方法还可以使用空间滤波器。为了更有效地对图像进行去噪，而不是使用空间滤波器对数据值进行完全采样，可以使用分散在空间滤波器中的滤波器抽头对数据值进行稀疏采样。为了解释稀疏采样，滤波器抽头的位置可以在空间上(例如，在应用于当前帧的空间滤波器之间)抖动(例如，随机地或伪随机地选择)和/或在时间上(例如，在应用于不同帧的空间滤波器之间)抖动(例如，随机地或伪随机选地择)。此外，可以至少部分地基于应用于像素的历史数据值的计数使用一个或更多个时间滤波器来计算应用于像素的空间滤波器的尺寸。当使用更多的历史数据值时，这可以减小尺寸，结果是，可减少滤波的计算需求。为了减少或消除因时间滤波而产生的重影和其他伪像，可以将经滤波的数据值钳位为来自当前图像的区域的数据值的均值和方差。此外，为了提高效率，可以将像素的空间滤波器应用为可分离滤波器，其中可以使用减小滤波器宽度在多个迭代中针对滤波器方向进行滤波-而不是使用空间滤波器的滤波器宽度在单个通路中进行滤波。这可以允许像素周围区域中的光照条件与附加像素共享，从而在空间滤波器不遵循真实高斯分布时减少视觉伪像的机会。

附图说明

下面参考所附附图详细描述用于光线追踪应用中时空去噪的本系统和方法，其中：