[发明专利]一种基于函数坐标空间的渲染优化方法

说明书

本发明涉及一种基于函数坐标空间的渲染优化方法，通过函数坐标系将环境贴图近似为多个不同球谐基函数的叠加，运用球谐函数的旋转不变性和乘积的性质，通过函数坐标系的独特空间，大幅降低积分半球环境贴图的大量计算，同时只需存储少数几个基函数的系数，降低实时内存占用和纹理访问的开销，能够大幅提高光照渲染的效率。

技术领域

本发明涉及一种基于函数坐标空间的渲染优化方法，属于光照渲染技术领域。

背景技术

场景渲染开始前，先捕获一张环境贴图,这张图可以是去真实世界中拿相机拍的，也可以是场景内相机实时渲染出来的；根据得到的环境贴图，针对输入法线方向，进行环境光照半球积分计算入射辐射照度，对于每一个法线方向都需要采样半球的环境贴图，积分得到总的入射辐射照度,再应用漫反射数学模型计算出射辐射亮度，这个过程在球面坐标系和笛卡尔坐标系进行，为了高质量的渲染效果，通常会采用较大分辨率的环境贴图，环境光照的渲染是一种近似全局光照的方法，但是现有技术中的所有计算均在球面坐标系下进行，逐个法线的积分辐射照度计算量非常巨大，计算结果辐射亮度贴图的存储需要增加新的纹理存储，空间占用开销很大，造成实时渲染的性能下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于函数坐标空间的渲染优化方法，采用函数坐标进行计算，能够有效提高运算效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于函数坐标空间的渲染优化方法，用于获得入射光所照射平面区域的辐射照度，包括如下步骤：

步骤A.获得入射光所照射平面区域的环境光贴图，并针对该环境光贴图进行分辨率下采样更新，然后进入步骤B；

步骤B.根据该环境光贴图，获得入射光方向对应球面全局坐标系下的θ、其中，θ表示球面全局坐标系下，垂直入射光所照射平面的轴和入射光方向之间的夹角；表示球面全局坐标系下，入射光方向沿垂直其所照射平面方向在该照射平面上的投影、与该照射平面上过球面全局坐标系球心轴线之间的夹角，然后进入步骤C；

步骤C.根据入射光方向对应球面全局坐标系下的θ、以及光照亮度函数Li(·)、球谐基函数，通过对入射光方向在球面全局坐标系下入射立体角ω的积分，获得入射光光照亮度所对应的投影函数系数L_k，其中，k＝{1、…、9}，然后进入步骤D；

步骤D.根据球面全局坐标系与球面局部坐标系之间的旋转函数，针对入射光方向对应球面全局坐标系下的θ、进行旋转，获得入射光方向对应球面局部坐标系下的θ'、其中，θ'表示球面局部坐标系下，垂直入射光所照射平面的轴和入射光方向之间的夹角；表示球面局部坐标系下，入射光方向沿垂直其所照射平面方向在该照射平面上的投影、与该照射平面上过球面局部坐标系球心轴线之间的夹角，然后进入步骤E；

步骤E.根据入射光方向对应球面局部坐标系下的θ'、以及球谐基函数，通过对入射光方向在球面局部坐标系下入射立体角ω'的积分，获得cosθ'所对应的投影函数系数C_k'，其中，k'＝{1、…、4}，然后进入步骤F；

步骤F.获得过入射光与其所照射平面区域交点、垂直于照射平面的法线n，在以球面全局坐标系球心为原心的笛卡尔坐标系下的表示(x,y,z)，然后进入步骤G；

步骤G.根据入射光光照亮度所对应的投影函数系数L_k、cosθ'所对应的投影函数系数C_k'，获得入射光所照射平面区域的辐射照度。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，根据入射光方向对应球面全局坐标系下的θ、以及光照亮度函数Li(·)、球谐基函数，按如下公式：

L_k＝∫Li(θ,φ)F_k(θ,φ)dω