[发明专利]基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法

权利要求书

1.一种基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征在于依次包括下述步骤：

(1)将三维图像数据中待处理的纹理保存进图形处理器中；

(2)图形处理器根据设置在图形处理器中的光照模型，对纹理数据点进行光照量的计算；

光照模型通过图形处理器的可编程片段处理器，用CG显卡编程语言表达，用CG语言表达的光照模型如下：

surfaceColor＝emissive+ambient+diffuse+specular；

其中surfaceColor表示光照量，光照量surfaceColor是放射光分量emissive、环境光分量ambient、漫反射光分量diffuse和镜面反射光分量specular四个光照分量之和；各分量具体描述如下：

1)放射光分量emissive用K_e表示，即emissive＝K_e；

2)环境光分量ambient表示为ambient＝K_a*globalAmbient，其中K_a为环境光分量的系数，globalAmbient为入射环境光的颜色；

3)漫反射光分量diffuse表示为diffuse＝K_d*lightColor*max(N·L，0)，其中K_d是物体的漫反射颜色，lightColor是入射漫反射光的颜色，N是规范化的表面法向量，L是规范化的指向光源的向量；

4)镜面反射光分量specular表示为

specular＝K_s*lightColor*facing*(max(N·H)，0)^shininess，

其中K_s是物体材质的镜面反射颜色，lightColor是入射镜面反射光的颜色，N是规范化的表面法向量，H是视点向量与光源向量的点积，shininess表示物体的光泽度；

对纹理数据点进行光照量计算的过程是：图形处理器的可编程顶点处理器接收到纹理后，将纹理传递给可编程片段处理器；可编程片段处理器接收纹理后，根据光照模型，对各纹理数据点的各个光照分量进行计算后，对各个光照分量进行累加，得到各纹理数据点的光照量。

(3)图形处理器将纹理数据点的光照量和数据值进行混合。

2.根据权利要求1所述的基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征是：所述步骤(1)中，待处理的纹理经由中央处理器通过OpenGL接口传送到图形处理器中。

3.根据权利要求1所述的基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征是：所述步骤(2)的光照模型还包括距离衰减量attenuationFactor的计算，距离衰减量attenuationFactor表示为attenuationFactor＝1/(K_c+K_l*d+k_q*d*d)，其中d是物体到光源的距离，K_c、K_l、k_q为控制衰减量的常量；光照量surfaceColor是放射光分量emissive、环境光分量ambient、漫反射光分量diffuse、镜面反射光分量specular和距离衰减量attenuationFactor五个光照分量之和。

4.根据权利要求1所述的基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征是：所述步骤(2)中，图形处理器的可编程片段处理器接收纹理后，用纹理数据点的表面法向量来代替顶点的表面法向量，计算光照量。

5.根据权利要求1所述的基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征是：所述步骤(3)中，将纹理数据点的光照量和数据值进行混合采用下述方式：将各纹理数据点的光照量和颜色值进行加权求和，得出各纹理数据点的光亮度值。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于图形处理器的实时三维图像的光照模拟方法，其特征是：所述对三维图像数据的光照量的计算中还具有明暗计算，明暗计算的步骤如下：

(a)计算三维图像数据各数据点的梯度值，梯度值的计算在中央处理器中进行；

(b)在所述步骤(1)中，将步骤(a)得到的梯度值作为纹理保存进图形处理器中。