[发明专利]基于光线投射步进补偿的实时烟雾渲染算法

摘要

本发明公开了一种基于光线投射步进补偿的实时烟雾渲染方法，将原始烟雾的密度场序列函数分解成一组带权重的径向基函数和一个残余场，并计算所有径向基函数中心的源辐射值，根据光线投射法,确定视点光线与原始烟雾的交点，通过各个径向基函数中心的源辐射值计算各个交点的源辐射值，并根据所有交点的源辐射值计算各个像素点的辐射能量，进而完成图像渲染。本发明的实时烟雾渲染方法大大降低数据总量从而节省内存，提高了烟雾渲染的速度，能够实现实时烟雾渲染，且光线投射法确定视点光线与原始烟雾的交点，在光线步进中对利用残余场对视点光线的辐射能量进行补偿，处理快且能够较好的保留原始烟雾的细节，提高渲染效果。

主权项

一种基于光线投射步进补偿的实时烟雾渲染方法，其特征在于，包括：(1)将原始烟雾的体积密度场序列函数分解成若干个带权重的径向基函数和一个残余场函数，并确定各个径向基函数的中心和半径，以带权重的径向基函数的加权和为原始烟雾的近似密度函数；(2)分别计算各个径向基函数的中心的单散射的源辐射值和多重散射的源辐射值，并将各个径向基函数中心的单散射的源辐射和多重散射的源辐射值相加得到相应径向基函数中心处的源辐射值；所述步骤(2)中根据以下步骤计算各个径向基函数的中心单散射的源辐射值：(211)对于任意一个径向基函数，根据当前径向基函数和单位径向基函数的中心，确定当前径向基函数与各个单位径向基函数相关的散射方向并形成当前径向基函数的散射方向集；(212)确定当前径向基函数的中心在散射方向集中任意一个散射方向上与原始烟雾的交点以及与各个交点对应的径向基函数，分别根据同一散射方向上的交点对应的径向基函数形成当前径向基函数在相应散射方向上的相关径向基函数集；(213)根据：Tm(xcl,αu)=∫xcl∞αuBm(x)dx]]>计算当前径向基函数的中心在各个散射方向上相对于各个散射方向对应的相关径向基函数集中径向基函数的光深度值，其中，αu为当前径向基函数的散射方向集中的任意一个散射方向，Bm(x)为当前径向基函数的中心在散射方向αu上相对于散射方向αu上的相关径向基函数集中的径向基函数，为当前径向基函数的中心的坐标，当前径向基函数的中心记为中心表示从当前径向基函数Bl(x)的中心沿散射方向αu发出与原始烟雾的最后一个交点的坐标，为当前径向基函数的中心在散射方向αu上相对于径向基函数Bm(x)的光深度值；(214)根据：τ~(xcl,αu)=e-σtΣMuwmTm(xcl,αu)]]>计算当前径向基函数在相应的散射方向集中各个散射方向上的透光率，σt是消光截面，Mu为当前径向基函数在散射方向αu的相关径向基函数集，wm为光深度值对应的径向基函数Bm(x)的权重，表示对当前径向基函数的相关径向基函数集Mu中各个径向基函数集对应的求和；(215)利用当前径向基函数在相应的散射方向集合中所有散射方向上的近似透光率，根据：J~ss(xcl)=Ω4πΣSLin(αu)τ~(xcl,αu)]]>计算当前径向基函数中心的单散射的源辐射值，Ω是单散射反射率，S为当前径向基函数Bl的散射方向集，Lin(αu)为源光照在散射方向αu方向上的能量，表示对散射方向集S中各个散射方向对应的求和；所述步骤(212)中将中心与交点的距离小于半径的径向基函数作为该交点对应的径向基函数；(3)针对待渲染图像中的任意一个像素点，采用光线投射法确定视点光线与原始烟雾的交点；(4)根据所有径向基函数中心处的源辐射值、残余场函数和近似密度函数，计算当前像素点对应的各个交点的源辐射值，并根据当前像素点对应的所有交点的源辐射值计算得到当前像素点的辐射能量；(5)根据待渲染图像中所有像素点的辐射能量对待渲染图像中进行渲染，得到渲染图像。