[发明专利]一种基于光线追踪的计算全息遮挡处理算法

说明书

本发明提出一种基于光线追踪的计算全息遮挡处理算法，属于全息立体显示、虚拟现实领域。首先通过对包围盒进行空间剖分构建KD‑Tree结构，控制KD‑Tree叶节点的大小，把物体之间的遮挡关系转化为KD‑Tree叶节点之间的遮挡关系问题，实现光线追踪过程。若干光线经过对KD‑Tree结构的追踪，根据返回值为非0的叶节点，得到每条光线追踪的可见物点；将不同视点下对应的子全息图按顺序组合得到最终的全息图，同时实现移动视差效果，根据最终的全息图得到给定的该物体的三维立体像图。本发明实现了全息成像中正确的物体遮挡效果，减少了遍历过程中的冗余计算，提高了光线追踪的效率，实现对点云模型进行光线追踪的快速求交计算。

技术领域

本发明属于全息立体显示、虚拟现实领域，具体是一种基于光线追踪的计算全息遮挡处理算法。

背景技术

我们生活在三维的立体世界之中，目前人们在三维信息的获取、储存、处理和传递等方面已经取得了很大的成就，然而把这些三维信息真实的显示出来却是面临的一个重大技术难题。能够反映真实世界的三维立体显示技术被认为是二十一世纪最伟大的革命之一，已经涉及到日常生活中的许多领域，如3D电影、娱乐表演、虚拟现实和军事训练等。三维显示目前已经成为一个前沿科技领域，吸引了许多科研工作者从事相关工作，也成为各国大力发展的下一代新型显示技术。全息三维显示由于其原理上的真三维特性，被业内人士普遍认为是终极三维显示技术。

遮挡效果提供了三维空间中物体的深度信息，可以反应出物体之间的空间位置关系，是实现深度视觉最重要的因素，也是影响三维显示效果的重要因素。由于全息图计算过程本身就具有计算量大的特点，大多数全息图计算算法并没有考虑场景中物体之间以及物体自身遮挡效果的处理，这导致全息再现过程中物体的再现像无法还原出物体间正确的空间位置关系，呈现出“透明”的效果。

发明内容

本发明针对全息图计算中的遮挡处理问题，结合光线追踪算法内含的物体遮挡信息，同时考虑全息图具有的移动视差特点，将光线追踪应用于全息图计算，针对点云模型设计实现了具有遮挡效果的全息图计算算法，并通过数值实验和光学实验验证了算法的有效性；具体是一种基于光线追踪的计算全息遮挡处理算法；包括以下几个步骤：

步骤一：针对某三维物体的点云模型，并将点云模型所在的空间包围盒进行剖分，建立 KD-Tree加速结构；

具体步骤如下：

步骤101、计算给定点云模型的轴对称包围盒，该包围盒即为KD树的根节点。

步骤102、计算当前节点在X、Y、Z坐标轴方向上的最大尺寸d_max＝max(d_x,d_y,d_z)；

当前节点的初始值为根节点；

步骤103、判断最大尺寸d_max是否小于等于给定的阈值δ；如果是，则剖分结束。否则，进入步骤104；

步骤104、沿最大尺寸d_max所在的轴对当前节点进行均匀等剖，新生成的子节点作为当前节点，返回步骤102；

步骤105、剖分完成后，建立模型对应的KD-Tree结构，同时确定模型中各个物点和KD 树叶节点之间的对应关系；

对于模型中的任意一个物点，必定属于KD-Tree的某一个叶节点，同时KD-Tree的每个叶节点包含若干物点。

步骤二、根据建立的KD-Tree结构，通过宽度优先遍历转换成线性存储结构，以便在GPU 上进行存储和访问，实现光线追踪过程；

具体步骤如下：

步骤201、针对每条光线，判断该光线是否与当前节点相交，如果是，进入步骤202；否则，交点设为0并返回该交点值。