[发明专利]用隐式几何体进行3D图形渲染

说明书

本公开的实施例涉及用隐式几何体进行3D图形渲染。各方面涉及在3D场景中对光线进行追踪，所述场景包括通过或用隐式几何体定义的对象。在示例中，诱捕元素定义其中存在隐式几何体的3D空间的一部分。当发现光线与诱捕元素相交时，执行诱捕元素程序。所述诱捕元素程序可以包括使光线行进穿过3D体积和针对所述光线的每个当前3D位置对定义所述隐式几何体的函数进行求值。检测到的与所述隐式几何体的相交可以被发现与针对同一条光线的与显式定义的几何体的多次相交并行，并且对这些与所述光线的相交进行描述的数据可以被存储并被求解。

本申请是申请日为2014年3月11日、申请号为201410087919.9、发明名称为“用隐式几何体进行3D图形渲染”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

以下内容涉及光线追踪，并且在特定应用中涉及使用位移几何体的计算机图形的光线追踪。

背景技术

用光线追踪对来自3D场景描述的逼真2D图像进行渲染在计算机图形学技术领域内是众所周知的。光线追踪通常涉及获得由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曲面进行描述。从一个视点(“摄像机”)追踪虚拟光线进入该场景；发出每条光线行进穿过2D展示的对应像素，该光线会对该像素产生影响。对光线进行与几何形状的相交测试以对每条光线的最近的交点(如果有的话)进行标识。

这些几何体形状可以由多个图元组成，如三角形图元。使用三角形图元展示形状提供了一种可以被某些光线追踪渲染器轻易消耗掉的展示，并且可以根据多种算法完成对光线进行与三角形的相交测试。然而，对于高质量的渲染，例如，为了从虚拟3D场景中产生HD分辨率图像，如对于高质量视频游戏或动画而言，精细的对象模型是有益的。与其他展示相比，仅使用三角形图元定义的精细对象模型会消耗大量内存。例如，仅使用三角形图元展示对象的光滑曲面通常将比基于样条的展示消耗比较更大的内存。另一个示例是景观的地形特征。例如，如许多精细特征所需要的，仅使用三角形图元展示实际的山脉会是内存密集的。

位移贴图是一种可以用来对这些情景进行定址的技术。位移贴图是指在一个或多个方向上对所定义的几何体数据进行移位，从而使得根据位移策略对最终用来对3D场景进行渲染的几何体进行修改。可以认为本几何体是经位移的几何体。在光线追踪中，使用经位移几何体的渲染涉及到对位移几何体进行相交测试。这与凹凸贴图形成对照，凹凸贴图涉及对光线进行与源几何体的相交测试，并且在标识出交点后，可以执行凹凸贴图过程。因此，凹凸贴图需要更少的相交测试的计算，因为对光线进行与简化的源几何体的相交测试而不进行与可能具有更多图元的位移几何体的相交测试。然而，凹凸贴图允许实现更有限的行为集合。

发明内容

在一个方面中，一种对光线进行与隐式曲面的相交测试的方法包括使光线进入包围3D体积的壳体的曲面。该壳体定义了隐式定义的几何体在该壳体内的最大范围。该方法包括沿着光线的路径迭代地使光线当前的3D位置步进穿过该壳体定义的3D体积。对于每个当前的3D位置而言，光线当前的3D位置投射到该壳体包围的显式定义的曲面上的当前2D位置上，并且使用该显式定义的曲面上的当前2D位置产生当前3D位置处的隐式定义的几何体的数据。使用所产生的数据将光线表征为或者碰撞或者错过当前3D位置处的隐式定义的几何体。光线数据结构可以存储为检测到的与隐式定义的几何体相交而产生的数据。可以首先在参考坐标系中表达该相交，并且将其转换到整体坐标系上以便与其他检测到的相交进行比较。

包围元素可以围住该壳体。可以用标记对该包围元素进行标识，该标记指示应使用隐式几何体相交遍历该包围元素。步进的步长可以不同。可以基于光线微分或细节层次指示设置步长。可以在包围元素内定义体积排斥元素的集合，每个体积排斥元素排斥该包围元素与该隐式几何体的范围之间的3D体积的一部分。可以在与执行步骤过程中定义体积排斥元素集合并联合用于3D场景的加速结构对其进行存储。这些是以下详细描述中所包括的示例方面。

附图说明

图1描绘了与美术师提供的向量相关联的显式定义的几何体元素的示例，这些向量用于对光线进行与隐式定义的曲面相交测试的方法中；