[发明专利]一种基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法

说明书

本发明公开了一种基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法，其技术方案要点是：包括预处理步骤与运行时步骤两个部分，当向场景发射若干光线并跟踪相应散射光线以计算图像时在运行前执行预处理步骤，若在运行过程中场景发生变动时，则执行运行时步骤；所述预处理步骤包括以下步骤：S1.从光源发射若干光线，或从视点发射反向跟踪的若干光线；S2.计算各个光线在三维虚拟场景中的传播路径，并计算光线与场景中模型的碰撞点信息；本基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法根据预处理中存储的光线路径，基于路径复用的思路，仅处理物体变动前后区域的光线，能够实现在游戏与影视等光线追踪应用中，对动态场景的加速渲染。

技术领域

本发明涉及计算机图形学中全局光照领域，特别涉及一种基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法。

背景技术

光线追踪大量应用于游戏制作、虚拟现实、影视特效等应用中，1968年Appel提出光线投射算法，标志着光线追踪体系的开始，后续发展出提出于1979年的递归式光线追踪，该算法在前者基础上，加入光线与物体表面的交互，使光线在物体表面沿着反射、折射及散射方式上继续传播，直至与光源相交。

分布式光线追踪于1984年提出，该算法把蒙特卡洛算法引入到光线追踪领域，利用多道光线对折射、反射及阴影区域进行处理。1986年提出的路径追踪，其主要思想是从眼睛发射一束光线，光线与物体表面碰撞时，根据物体表面的属性继续采样一个方向，射出另一束光线，如此迭代，直至碰撞光源，然后用蒙特卡洛方法进行计算。这三种为单向方法的代表。随后，发展出双向路径追踪(1993年与1994年)、光子映射(1996年)、梅特罗波利斯光照传输(1997年)为代表的双向方法。

其中，双向路径追踪从视点与光源同时发射光线并将两者连接，以进行光线路径的复用。光子映射通过光子密度估计的方式快速建立有效路径。梅特罗波利斯光照传输对现有路径进行突变，快速获得大量相似的路径，由于状态空间的不同，分成了路径空间与原采样空间两类截然不同的方法。在后续的发展中，双向方法又各自衍生出不同的体系。

光线追踪体系中，光子映射、虚拟光源等技术，在生成图像前计算并存储光线的部分信息，因此在静态场景下由于预处理的步骤，这类算法渲染十分快速，但在动态场景下并不十分适合。

发明内容

针对背景技术中提到的问题，本发明的目的是提供一种基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法，以解决背景技术中提到的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于光线路径复用的动态场景渲染加速方法，包括预处理步骤与运行时步骤两个部分，当向场景发射若干光线并跟踪相应散射光线以计算图像时在运行前执行预处理步骤，若在运行过程中场景发生变动时，则执行运行时步骤；

所述预处理步骤包括以下步骤：

S1.从光源发射若干光线，或从视点发射反向跟踪的若干光线；

S2.计算各个光线在三维虚拟场景中的传播路径，并计算光线与场景中模型的碰撞点信息；

S3.设置光线Light相对应的完整传播路径为：从场景中一点开始，经过各个光线散射的碰撞点，直到结束的全体路径，将其表示为各个碰撞点的连线，即(Point1,Point2,Point3,……,PointN)，记为Path，存储场景中所有的Path，运行时使用所有的Path即可直接生成静态场景对应的图像，如果场景发生变动则执行以下步骤并重新计算部分Path；

所述运行时步骤包括以下步骤：

S4.选取一随机数N，随机选取N段Path并弃用；

S5.对于每一个发生变动的物体，记变动前为Entity，变动后为Entity’；