[发明专利]基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法

说明书

本发明公开一种基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法。本方法在绘制左眼图像时，如果左眼相机的可视场景点不在镜面反射表面上，则把左眼相机的可视场景点对应到右眼相机的虚拟像素平面上，并把该可视场景点的光照值作为右眼相机的相应像素对应的可视场景点的近似光照值。本方法在绘制右眼图像时，不再处理已经通过可视场景点对应操作得到近似光照值的可视场景点，从而减少了绘制计算量。本方法可以显著提高虚拟三维场景立体画面的绘制速度。

技术领域

本发明属于虚拟三维场景绘制技术领域，涉及一种基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法。

背景技术

近年来，虚拟现实(VR)技术备受人们关注。在通常情况下，VR应用需要实时地把虚拟三维场景以图像画面的形式显示在用户眼前，以便让用户能够通过视觉感知到虚拟三维场景的存在。高沉浸感VR应用系统往往需要给用户显示立体画面。当前广泛使用的立体画面形式为基于双目视差的立体图像画面，即每幅立体画面包含分别与左、右眼相对应的两张子图。在播放立体画面时，用户的左眼只能看到与左眼相对应的子图(后面称为左眼图像)，用户的右眼只能看到与右眼相对应的子图(后面称为右眼图像)。在绘制虚拟三维场景的立体画面时，实际上需要绘制左、右眼两幅子图，因此绘制立体画面的时间开销大于绘制非立体画面的时间开销。传统上，虚拟三维场景立体画面的绘制通过分别独立绘制左眼图像和右眼图像的方式来实现。使用这种立体画面绘制方式会导致绘制立体画面的时间开销大约是绘制非立体画面的时间开销的二倍。分析虚拟三维场景的立体画面可以发现，左、右眼两幅子图虽然有细微差别，但通常看起来非常相似。这表明绘制左眼图像时得到的结果可以在绘制右眼图像时被复用，从而减小绘制整幅立体画面的总时间开销。当然，对于镜面反射三维几何对象来说，其表面上的光线反射具有很强的空间方向性，因此通常难以在绘制左、右眼图像时复用镜面反射表面可视场景点的光照结果。这里所述的可视场景点就是从相机位置发射的穿过相机的虚拟像素平面上的像素的光线与虚拟三维场景的三维几何对象之间的离相机所在位置最近的交点。本发明提供一种基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法，在绘制右眼图像时通过复用左眼相机的非镜面反射可视场景点的光照计算结果来实现虚拟三维场景立体画面绘制的加速。

发明内容

本方法的目的在于，提供一种基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法，以便加快虚拟三维场景立体画面的绘制速度。

本方法的技术方案是这样实现的：基于左右眼空间复用的虚拟三维场景立体画面绘制方法，其特征在于：首先，根据立体画面绘制要求，设置左眼相机和右眼相机的位置、水平视场角、垂直视场角、正前方向、向上方向、水平方向、虚拟像素平面上的像素行数M以及虚拟像素平面上的像素列数N共八个参数；如图1所示，左眼相机的正前方向为方向向量w₁，左眼相机的向上方向为方向向量v₁，左眼相机的水平方向为方向向量u₁，右眼相机的正前方向为方向向量w₂，右眼相机的向上方向为方向向量v₂，右眼相机的水平方向为方向向量u₂；方向向量u₁、方向向量v₁、方向向量w₁确定了左眼相机的相机坐标系u₁-v₁-w₁；方向向量u₂、方向向量v₂、方向向量w₂确定了右眼相机的相机坐标系u₂-v₂-w₂；三维几何对象的顶点坐标在世界坐标系x-y-z中描述；左眼相机和右眼相机的虚拟像素平面上的像素行数M取相同值，左眼相机和右眼相机的虚拟像素平面上的像素列数N取相同值；左眼相机和右眼相机的水平视场角取相同值θ_u，左眼相机和右眼相机的垂直视场角取相同值θ_v。左眼相机的虚拟像素平面上的像素的行号和列号的编号方式如图2所示，右眼相机的虚拟像素平面上的像素的行号和列号的编号方式如图3所示。然后，执行以下步骤：