[发明专利]用三维场景空间梯度信息实现屏幕像素自适应采样的方法

说明书

技术领域

本发明属于三维图形绘制技术领域，涉及一种在光线跟踪中利用三维场景空间梯度信息实现屏幕像素自适应采样的方法。

背景技术

在使用光线跟踪方法绘制三维场景画面时，如果空间采样频率不足，就会造成绘制出的画面出现走样。为了解决三维场景画面绘制的走样问题，通常针对每个屏幕像素，产生多条采样光线，最后通过对各屏幕像素的所有采样光线对应的光亮度求平均得到反走样后的屏幕像素光亮度值，进而据此计算屏幕像素的颜色值。实际三维场景画面的不同区域的图像空间变化频率并不相同；通常在几何对象边缘区域的图像空间变化频率比非边缘区域高；因此几何对象的边缘区域往往最容易产生走样。为了在获得较好的画面反走样效果的前提下，提高光线跟踪的绘制效率，需要根据屏幕像素对应的画面位置，自适应地选取屏幕像素的采样光线数目。三维场景画面图像像素对应的几何对象片段的深度和法向量的梯度信息可以在一定程度上反映该像素所在区域的图像空间变化情况。本发明用三维场景空间梯度信息作为启发式信息，设计屏幕像素的自适应采样方法，以选取合适的屏幕像素采样光线数目，在实现光线跟踪绘制的三维场景画面的反走样的同时，提高三维场景画面绘制效率。

发明内容

本方法的目的在于，提供一种在光线跟踪中利用三维场景空间梯度信息实现屏幕像素自适应采样的方法。本方法的技术解决方案：首先使用光线投射方法，从视点位置发射穿过各屏幕像素中心点的光线，计算光线与三维场景的几何对象的离视点最近的交点及交点位置处的法向量；然后计算各屏幕像素对应的三维场景空间梯度的幅值的最大值A001；最后根据最大值A001，自适应地选取屏幕像素的采样光线数目，并完成对三维场景的光线跟踪绘制。图1所示为9个屏幕像素，其中位于中央位置的屏幕像素109被屏幕像素101、屏幕像素102、屏幕像素103、屏幕像素104、屏幕像素105、屏幕像素106、屏幕像素107、屏幕像素108共8个屏幕像素围绕。屏幕像素109对应的三维场景空间梯度的幅值的最大值A001根据屏幕像素109及其周围的相邻屏幕像素对应的穿过屏幕像素中心点的光线与三维场景的几何对象的交点及交点位置处的法向量计算得到。

本方法的第一部分计算各个屏幕像素对应的三维场景空间梯度信息，具体实现步骤如下：

Step001：对每个屏幕像素A002，使用光线投射方法，从视点位置发射穿过屏幕像素A002的中心点的光线A101，计算光线A101与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A102以及交点A102处的几何对象表面法向量A103；将屏幕像素A002对应的光线A101对应的交点A102和法向量A103保存在计算机系统的内存中；每个屏幕像素A002都与保存在计算机系统的内存中的一个交点A102和法向量A103相对应；

Step002：对每个屏幕像素A002，做如下操作：

Step002-1：计算屏幕像素A002对应的保存在计算机系统的内存中的交点A102到视点的距离D₁；将屏幕像素A002对应的保存在计算机系统的内存中的法向量A103赋值给变量N₁；对变量N₁表示的法向量进行归一化，再将归一化后的结果赋值给变量N₁；

Step002-2：令变量dDm＝0；令变量dNm＝0；

Step002-3：对屏幕像素A002周围的每个相邻屏幕像素A105，做如下操作：