[发明专利]一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法

权利要求书

1.一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)测定目标场景材质的红外数据，所述的红外数据包括目标场景中各材质的红外发射率、红外反射率和红外吸收率；以及，获取目标场景的温度场信息、太阳辐射、大气背景辐射和大气传输效应；

2)将目标场景材质的红外数据和目标场景的温度场信息与三维几何模型相结合，搭建虚拟场景模型；

3)根据目标场景材质的红外数据、以及目标场景的温度场信息、太阳辐射、大气背景辐射、大气传输效应，采用蒙特卡洛路径追踪算法计算虚拟场景的红外辐射数据；在计算红外辐射数据时，初始红外辐射由太阳辐射、大气背景辐射和场景物体发出的红外辐射共同影响，通过GPU硬件光追管线、重要性采样加速红外辐射计算过程；

4)对蒙特卡洛路径追踪算法计算得到的红外辐射数据进行时空滤波降噪，绘制最终红外场景仿真结果。

2.根据权利要求1中所述的一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，所述步骤2)中，搭建虚拟场景模型包括如下步骤：

2.1)生成典型目标材质分类贴图

获取目标场景的物品材质，初始化材质分类的数量为实际分类数量的2～4倍，根据聚类算法对相似材质进行类别合并，并进行人工审核，得到实际分类数量下的类别，生成典型目标材质分类贴图；

2.2)生成场景红外天空盒贴图

获取天空的红外辐照数据，生成场景红外天空盒贴图；

2.3)典型目标温度场计算

根据目标场景物体的三维几何模型、天气数据、温度材质数据，利用GPU和计算着色器计算温度分布，生成温度场贴图。

3.根据权利要求2中所述的一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，所述的典型目标温度场计算过程包括：

a.读取目标场景物体的三维几何模型顶点数据及其uv数据、三角面片数据；

b.使用顶点数据及其uv数据、三角面片数据进行软光栅化，获取温度场贴图中每个像素对应的位置、法线、uv数据；

c.整理每个像素数据，剔除空白信息像素，根据经纬度、时间和日期计算24小时每分钟太阳直射方向；

d.将像素集合数据、天气数据、温度材质数据、三维几何模型、24小时每分钟太阳直射方向传入GPU；

e.GPU根据像素集合数据和三维几何模型，并行向当前时刻的太阳直射方向发射光线，记录每个像素点是否被遮挡；

f.GPU根据像素集合数据、天气数据、温度材质数据和遮挡情况，使用计算着色器并行进行一维有限差分法温度分布计算、迭代；

g.计算完成后将GPU显存数据传至内存，并根据指定格式生成温度场贴图。

4.根据权利要求1中所述的一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，所述的步骤3)中，调用显卡中的光追核心加速蒙特卡洛路径追踪算法的运算，并将蒙特卡洛路径追踪算法中的采样方法替换为重要性采样方法。

5.根据权利要求4中所述的一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，所述的调用显卡中的光追核心加速蒙特卡洛路径追踪算法的运算，具体为：

由计算着色器探测发射光线；

由光追核心获取基于三维几何模型生成的碰撞盒并解码，进行发射光线与碰撞盒的相交检测；若发射光线与碰撞盒相交，则遍历所有相交的子碰撞盒，对于每一个相交的子碰撞盒，执行光线与子碰撞盒的三角面片的相交测试，遍历所有三角面片，返回光线与三角面片的交点；

由计算追色器对交点区域进行着色。

6.根据权利要求1中所述的一种基于GPU硬件光追管线的红外场景实时光追绘制方法，其特征在于，所述的步骤4)中，时空滤波降噪包括时域滤波和空域滤波，在时域滤波时复用上一帧结果，在空域滤波时复用周围像素的结果。