[发明专利]用于3-D场景加速结构创建和更新的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年8月5日提交的标题为“加速结构创建的系统和方法（Systems and methods of Acceleration Structure Creation）”的美国临时申请号61/515,801的优先权，出于所有目的，该申请通过引用以其全文结合于此。

技术领域

本主题的一个方面涉及用于有待渲染的3-D场景的场景加速结构的创建，并且在一个更具体的方面涉及对这种加速结构进行创建和更新，以便使用光线追踪用于对来自3-D场景描述的2-D图像进行渲染。

背景技术

用光线追踪对来自3-D场景描述的逼真2-D图像进行渲染在计算机图形学技术领域内是众所周知的。光线追踪通常涉及到获得由多种几何形状组成的场景描述，这些几何形状对场景中的结构的表面进行描述。如果这些几何形状是能够被有待使用渲染系统处理的一种形状类型的形状，则它们经常被称为图元；否则，通常对这些几何形状进行处理以便基于这些几何形状产生图元。例如，可以对贴片（patches）进行处理以便产生三角形图元。

图元可以与纹理和其他指令计算机图元的质量应如何影响碰撞该图元的光的信息相关联。光线追踪可以如实地对复杂光照、光透射、反射、折射等进行渲染，因为光线追踪可以对与场景的元素交互的光的物理行为进行建模。

光线追踪中常见的操作是确定光线与场景中的一个或多个图元之间的相交。在对光线追踪系统的物体进行定义时所使用的图元的示例是由位于3-D场景空间内的一个顶点集合组成的三角形；本说明书以此熟悉的示例继续下去，但三角形图元的使用是为了清晰性，而不是限制性的。

光线的定义可以由一个原点、和一个方向以及沿着光线的当前裁剪（clipping）距离组成，对于光线而言，裁剪距离可以被标识为“t”。当前裁剪距离对为光线检测到的当前最近的相交进行标识，或者在没有检测到的相交的情况下，标识已经在超过该距离之外的距离上测试了光线的相交，并且没有发现相交。当光线完成相交测试时，可以返回最近的检测到的相交，并且确定用于该相交的信息，如与该光线相交的图元的标识。

质朴地，通过反复地测试场景中的每一个三角形可以为给定的光线确定这些结果，以便对最近的相交三角形进行标识。虽然这种质朴的方法对带有少量三角形的场景而言以可令人接受的方式工作，但此方法对复杂的场景和对商业产品而言是难解决的，其中，对于每个有待渲染的帧而言，可能需要被测试数百万甚至数千万或数亿条光线与数百万个三角形的相交。

为了加速这种相交测试，使用3-D空间加速结构。这些加速结构通常将3D空间细分成多个不同区域来工作，其中，这些区域各自可以包围（bound）多个图元。然后，可以首先对这些区域中的每个区域进行相交测试，以便确定是否需要单独测试该区域中的图元。在一些情况下，加速结构可以是分层级的，从而使得执行加速结构内的不同区域的多次测试，以便对有待测试与给定光线相交的图元的相对小的集合进行标识。

对于一个适当组装的加速结构而言，光线相交测试的总数应实质上小于在每条光线与场景中的每个三角形之间已经执行的光线三角形测试。

发明内容

本概述描述了一种系统和方法的概览，其中，可以实践或实施各种更多的特定方面。然后介绍了这些特定方面中的一些方面。

在一个方面中，披露了一种用于为图元流产生加速结构的方法和装置。这些图元位于3-D场景中。该加速结构可以具有一种选定的类型，如包围体积层次，或kD树。包围体积层次可以使用一种选定类型的形状，如球体或轴对准包围盒。

为了产生加速结构，为3-D场景形成层级空间细分并且该细分包括不同粒度等级下的多个元素集合。对每个流式图元进行分类以选择一个粒度等级，在该粒度等级下，图元有待被来自所选定的粒度等级的元素的集合包围。作为一个具体的示例，较大数量的较小空间细分可以用于共同地包围一个给定的图元，或者可以使用较小数量的较大空间细分。较大数量的较小空间细分可以在该层级空间细分的更细粒度层内。

对于所选定的粒度等级而言，对层级空间细分的一个或多个元素进行标识，这些元素共同地包围着图元。将图元ID添加到该层级空间细分的每个所标识的元素的高速缓存条目中。对进一步的图元可以类似处理，从而使得可以将多个图元收集到该层级空间细分的一个给定元素中。