[发明专利]一种基于动态场景的实时光线追踪加速结构的方法

摘要

本发明提供一种基于动态场景的实时光线追踪加速结构的方法，涉及计算机图形学技术领域。该方法在图像渲染过程中首先对场景中的物体进行复杂度分类，再利用AABB包围盒以及内包围盒分别对不同复杂度的物体建立不同的包围盒，利用自顶向下和自底向上这两种构建方式相结合的方法构建BVH树，渲染出图。本发明提供的方法能减少光线求交次数，提高光线追踪算法效率，加快场景的渲染速度，非常适用于动态场景的实时渲染等方面，可将该方法应用于图像渲染优化等研究领域。

主权项

1.一种基于动态场景的实时光线追踪加速结构的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：读取场景中的3D模型，将读取数据储存在GPU显存中，并保存这些3D模型的面片、顶点数量信息；步骤2：利用步骤1中保存的场景3D模型物体的面片、顶点数量信息对场景中的3D模型进行复杂度分类；步骤3：根据步骤2中的分类结果，复杂物体利用内包围盒的构造方法，简单物体利用轴对齐包围盒的构造方法，分别为场景中的所有3D物体建立各自的包围盒；步骤4：根据场景中的模型分布，分别求出模型X轴、Y轴和Z轴的跨度，并利用坐标轴SAH机制划分空间；步骤5：利用自顶向下和自底向上两种方式相结合的方法构建BVH‑tree，首先采用自顶向下的方法对单个物体创建叶子节点，逐层迭代直至创建完整的BVH树形结构；步骤6：BVH‑tree构建完毕后，输出BVHlist数组；步骤7：从视点出发，判断从视点发出的光线与场景中物体是否相交，将当前光线与BVH树的节点中的包围盒做相交测试，每条光线为一条射线，表示为：R＝E+T*D，其中E为视点(0，0，0，)，D为射线的防线，T为射线与某个空间结构相交时的参数；如果当前光线与BVH节点不相交，则表明当前光线没有与场景相交，则结束当前光线的光线追踪；如果当前光线与BVH节点相交，判断该BVH节点中是否有图元，如果有，则说明当前光线与场景中的物体有相交，要继续对该条光线进行追踪；如果该BVH节点中没有图元，则当前光线没有与场景中的物体相交，结束当前光线的光线追踪；递归的判断从视点出发的每条光线，直至判断完成后，输出渲染图片；步骤8：当场景发生动态变化时，底层单个物体的原有包围盒逻辑结构不发生变化，利用自顶向下的树构建方法快速更新底层数据结构，之后将场景中每个物体的包围盒作为一个节点，采用自底向上的方式快速更新BVH‑tree，并生成新的BVHlist数组；步骤9：更新BVH‑tree结构后，重复步骤7的相交测试，直至渲染成功出图。