CN107346558A - 利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，该方法利用同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的面光源采样点可见性存在空间相关的特点，在计算可视场景点的直接光照近似值时，用该可视场景点及其周围在同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的面光源采样点及可见性计算结果来完成蒙特卡洛直接光照值估计，以较小的代价来增加用于可视场景点直接光照贡献估计的面光源采样点数，从而提高绘制的图像画面质量。该方法增加了邻近像素对应的可视场景点是否在同一个几何对象表面上的测试操作，可显著减小在图像画面中不同几何对象交界处进行可见性重用导致的直接光照效果走样。

Description

利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制 的方法

技术领域

本发明涉及一种利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，属于真实感三维场景绘制技术领域。

背景技术

在三维场景绘制中，为了方便实现，经常把光源建模为点光源。然而现实生活中很少有光源是真正意义上的点光源。面光源是一种常见的光源类型。在绘制三维场景时，如果照射三维场景的光源是面光源，则通常需要对面光源进行采样，获得一系列光源采样点，然后利用蒙特卡洛直接光照值估计技术来得到面光源对三维场景点的近似直接光照贡献值。发表在《ACM Transactions on Graphics》1996年15卷1期1～36页的论文详细介绍了蒙特卡洛直接光照值估计技术。为了确保利用蒙特卡洛直接光照值估计技术绘制的三维场景画面不存在明显的随机噪声，往往需要生成大量的光源采样点。这导致很大的绘制时间开销。如何在确保三维场景画面不存在明显随机噪声的条件下，减少绘制画面时所需的面光源采样点数目成为一个重要的研究方向。根据生活经验，通过分析可以发现，绘制的图像画面中的两个邻近像素对应的可视场景点如果在同一个几何对象表面上，则二者的面光源可见性通常存在很强的空间相关。如图1所示，可视场景点P₂和P₃在同一个平面上，这两个可视场景点的面光源可见性存在很强的空间相关。利用这种空间相关可以在确保三维场景画面不存在明显随机噪声的情况下，减小可视场景点的直接光照值蒙特卡洛估计所需的光源采样点数目，从而降低绘制三维场景直接光照效果的时间开销。申请号为201611114176.5的一件中国发明专利申请公开了一种基于可见性重用的三维场景直接光照效果近似绘制方法；与该发明专利申请不同，本发明只重用那些在同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的光源采样点可见性计算结果，这可以显著减小因重用可见性导致的图像画面中不同几何对象交界处的直接光照效果走样。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，其通过对位于同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的面光源采样点可见性计算结果进行重用，来提高绘制三维场景直接光照效果的效率，同时减小在图像画面中的不同几何对象交界处重用面光源采样点可见性计算结果导致的直接光照效果走样。

本发明的技术方案是这样实现的：利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，其特征在于：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点和光线A001一一对应；首先，针对每个可视场景点B001，按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，计算每个光源采样点与可视场景点B001之间的可见性并作记录；然后，对每个可视场景点B001，找到与之对应的虚拟像素平面上的像素B002，对于每个到像素B002的距离小于D _pix 的虚拟像素平面上的像素B003，如果像素B003对应的可视场景点B004到视点的距离及其所在表面的法向量与可视场景点B001到视点的距离及其所在表面的法向量之间的差异小于给定阈值，则标记可视场景点B004与可视场景点B001为同一个几何对象表面上的邻近点；D _pix > 0；像素B003到像素B002的距离定义为(Δ_I ²+Δ_J ²)^1/2，Δ_I为像素B003在虚拟像素平面上的行号和像素B002在虚拟像素平面上的行号之差，Δ_J为像素B003在虚拟像素平面上的列号和像素B002在虚拟像素平面上的列号之差；对每个可视场景点B001，根据可视场景点B001及与其在同一个几何对象表面上的所有邻近可视场景点对应的光源采样点及相应的可见性来估计可视场景点B001的直接光照值；具体实现步骤如下：

提供一种数据结构LSPD，用于存储与面光源采样点相关的数据；数据结构LSPD包括光源采样点的空间位置P _ls 和光源采样点的可见性V _ls 两个成员变量。

1）为每个可视场景点按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，并计算光源采样点与对应的可视场景点之间的可见性，具体步骤如下：

步骤Step101：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点对应了虚拟像素平面上的一个唯一的像素；

步骤Step102：创建一个包含M行、N列元素的数组LS，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组LS的每个元素存储一个列表C001，列表C001的每个元素存储一个数据结构LSPD类型的变量；令数组LS的每个元素存储的列表C001为空；数组LS的每个元素和虚拟像素平面上的像素一一对应；

步骤Step103：对每条与三维场景的几何对象相交的光线A001对应的可视场景点B001，执行如下操作：

按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点C002；在计算机存储器中创建n _ls 个数据结构LSPD类型的变量，其与n _ls 个光源采样点C002一一对应；把每个光源采样点C002的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C002，判断从光源采样点C002的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把n _ls 个光源采样点C002对应的n _ls 个数据结构LSPD类型的变量添加到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素对应的数组LS的元素存储的列表C001中。

2）估计每个可视场景点的直接光照值，并绘制出三维场景的直接光照效果，具体步骤如下：

步骤Step201：创建一个包含M行、N列元素的数组ILU，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组ILU的每个元素与虚拟像素平面上的像素一一对应，数组ILU的每个元素用于保存虚拟像素平面上的像素对应的可视场景点的直接光照值；令数组ILU的每个元素的值为背景色对应的光照值；

步骤Step202：对每个可视场景点B001，执行如下操作：

步骤Step202-1：找到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002；在虚拟像素平面上找出到像素B002的距离小于D _pix 的所有像素B003并把它们保存到列表C003中，列表C003中不包括像素B002；

步骤Step202-2：在计算机存储器中创建一个列表LCS来存储一系列数据结构LSPD类型的变量，令列表LCS为空；把可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中；对列表C003中的每个像素C004，执行如下操作：

如果从视点出发穿过像素C004的光线A001与三维场景的几何对象有交，则找到像素C004对应的可视场景点C005，可视场景点C005到视点的距离为d ₁、可视场景点B001到视点的距离为d ₂、可视场景点C005所在表面的归一化法向量为V₁、可视场景点B001所在表面的归一化法向量为V₂，如果|d ₁− d ₂| < T _d 且V₁∙V₂ > T _v ，则把可视场景点C005对应的虚拟像素平面上的像素C004对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中，V₁∙V₂表示V₁和V₂的点乘；T _d 表示距离差异阈值，T _v 表示法向量方向差异阈值；

步骤Step202-3：令n _s1为列表LCS中存储的数据结构LSPD类型的变量个数；如果n _s1 ≥NUM，则转步骤Step202-4，否则按均匀分布在面光源上随机地产生NUM − n _s1个光源采样点C006，在计算机存储器中创建NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量，其与NUM − n _s1个光源采样点C006一一对应，把每个光源采样点C006的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C006，判断从光源采样点C006的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把NUM − n _s1个光源采样点C006对应的NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量添加到列表LCS中；

步骤Step202-4：根据列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量的值来确定可视场景点B001的蒙特卡洛直接光照值估计所需的光源采样点，用列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量的值作为对应的光源采样点对可视场景点B001的可见性近似值，并使用蒙特卡洛直接光照值估计技术来计算可视场景点B001的直接光照近似值C007；

步骤Step202-5：计算可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002在虚拟像素平面上所在的行号irow和列号jcol；把数组ILU的第irow行、第jcol列的元素赋值为直接光照近似值C007；

步骤Step203：把数组ILU的每个元素保存的直接光照值转换成三维场景画面图像像素颜色值，并把三维场景画面图像显示在显示器上。

本发明的积极效果是利用了同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的光源采样点可见性存在空间相关的特点，在计算可视场景点的直接光照近似值时，用该可视场景点及其周围在同一个几何对象表面上的邻近可视场景点的光源采样点及可见性计算结果来完成蒙特卡洛直接光照值估计，以较小的代价来增加用于可视场景点直接光照贡献估计的面光源采样点数，从而提高绘制的图像画面质量。与已公开的相关技术相比，本发明增加了邻近像素对应的可视场景点是否在同一个几何对象表面上的测试操作，这可以显著减小在图像画面中不同几何对象交界处进行可见性重用导致的直接光照效果走样。

附图说明

图1为虚拟像素平面上邻近的像素对应的可视场景点示意图。

具体实施方式

为了使本方法的特征和优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本方法作进一步的描述。本实施例考虑包含一只兔子和一张桌子的房间三维模型，其中用一个平面矩形面光源照射三维场景。计算机系统的CPU选择Intel(R) Xeon(R) CPU E3-1225 v3 @3.20GHz，内存选择金士顿8GB DDR3 1333，磁盘选择Buffalo HD-CE 1.5 TU2，显卡选用NVidia Quadro K2000；计算机操作系统选用Windows 7，软件编程工具选用VC++ 2010。

本发明利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，其特征在于：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点和光线A001一一对应；首先，针对每个可视场景点B001，按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，计算每个光源采样点与可视场景点B001之间的可见性并作记录；然后，对每个可视场景点B001，找到与之对应的虚拟像素平面上的像素B002，对于每个到像素B002的距离小于D _pix 的虚拟像素平面上的像素B003，如果像素B003对应的可视场景点B004到视点的距离及其所在表面的法向量与可视场景点B001到视点的距离及其所在表面的法向量之间的差异小于给定阈值，则标记可视场景点B004与可视场景点B001为同一个几何对象表面上的邻近点；D _pix > 0；像素B003到像素B002的距离定义为(Δ_I ²+Δ_J ²)^1/2，Δ_I为像素B003在虚拟像素平面上的行号和像素B002在虚拟像素平面上的行号之差，Δ_J为像素B003在虚拟像素平面上的列号和像素B002在虚拟像素平面上的列号之差；对每个可视场景点B001，根据可视场景点B001及与其在同一个几何对象表面上的所有邻近可视场景点对应的光源采样点及相应的可见性来估计可视场景点B001的直接光照值；具体实现步骤如下：

提供一种数据结构LSPD，用于存储与面光源采样点相关的数据；数据结构LSPD包括光源采样点的空间位置P _ls 和光源采样点的可见性V _ls 两个成员变量。

1）为每个可视场景点按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，并计算光源采样点与对应的可视场景点之间的可见性，具体步骤如下：

步骤Step101：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点对应了虚拟像素平面上的一个唯一的像素；

步骤Step102：创建一个包含M行、N列元素的数组LS，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组LS的每个元素存储一个列表C001，列表C001的每个元素存储一个数据结构LSPD类型的变量；令数组LS的每个元素存储的列表C001为空；数组LS的每个元素和虚拟像素平面上的像素一一对应；

步骤Step103：对每条与三维场景的几何对象相交的光线A001对应的可视场景点B001，执行如下操作：

按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点C002；在计算机存储器中创建n _ls 个数据结构LSPD类型的变量，其与n _ls 个光源采样点C002一一对应；把每个光源采样点C002的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C002，判断从光源采样点C002的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把n _ls 个光源采样点C002对应的n _ls 个数据结构LSPD类型的变量添加到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素对应的数组LS的元素存储的列表C001中。

2）估计每个可视场景点的直接光照值，并绘制出三维场景的直接光照效果，具体步骤如下：

步骤Step201：创建一个包含M行、N列元素的数组ILU，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组ILU的每个元素与虚拟像素平面上的像素一一对应，数组ILU的每个元素用于保存虚拟像素平面上的像素对应的可视场景点的直接光照值；令数组ILU的每个元素的值为背景色对应的光照值；

步骤Step202：对每个可视场景点B001，执行如下操作：

步骤Step202-1：找到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002；在虚拟像素平面上找出到像素B002的距离小于D _pix 的所有像素B003并把它们保存到列表C003中，列表C003中不包括像素B002；

步骤Step202-2：在计算机存储器中创建一个列表LCS来存储一系列数据结构LSPD类型的变量，令列表LCS为空；把可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中；对列表C003中的每个像素C004，执行如下操作：

如果从视点出发穿过像素C004的光线A001与三维场景的几何对象有交，则找到像素C004对应的可视场景点C005，可视场景点C005到视点的距离为d ₁、可视场景点B001到视点的距离为d ₂、可视场景点C005所在表面的归一化法向量为V₁、可视场景点B001所在表面的归一化法向量为V₂，如果|d ₁− d ₂| < T _d 且V₁∙V₂ > T _v ，则把可视场景点C005对应的虚拟像素平面上的像素C004对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中，V₁∙V₂表示V₁和V₂的点乘；T _d 表示距离差异阈值，T _v 表示法向量方向差异阈值；

步骤Step202-3：令n _s1为列表LCS中存储的数据结构LSPD类型的变量个数；如果n _s1 ≥NUM，则转步骤Step202-4，否则按均匀分布在面光源上随机地产生NUM − n _s1个光源采样点C006，在计算机存储器中创建NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量，其与NUM − n _s1个光源采样点C006一一对应，把每个光源采样点C006的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C006，判断从光源采样点C006的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把NUM − n _s1个光源采样点C006对应的NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量添加到列表LCS中；

步骤Step202-4：根据列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量的值来确定可视场景点B001的蒙特卡洛直接光照值估计所需的光源采样点，用列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量的值作为对应的光源采样点对可视场景点B001的可见性近似值，并使用蒙特卡洛直接光照值估计技术来计算可视场景点B001的直接光照近似值C007；

步骤Step202-5：计算可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002在虚拟像素平面上所在的行号irow和列号jcol；把数组ILU的第irow行、第jcol列的元素赋值为直接光照近似值C007；

步骤Step203：把数组ILU的每个元素保存的直接光照值转换成三维场景画面图像像素颜色值，并把三维场景画面图像显示在显示器上。

在本实施例中，D _pix 取值为2.9，n _ls 取值为5，M取值为768，N取值为1024，NUM取值为30，T _d 取值为0.001，T _v 取值为0.9。

Claims (1)

1.利用面光源可见性空间相关加速三维场景直接光照效果绘制的方法，其特征在于：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点和光线A001一一对应；首先，针对每个可视场景点B001，按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，计算每个光源采样点与可视场景点B001之间的可见性并作记录；然后，对每个可视场景点B001，找到与之对应的虚拟像素平面上的像素B002，对于每个到像素B002的距离小于D _pix 的虚拟像素平面上的像素B003，如果像素B003对应的可视场景点B004到视点的距离及其所在表面的法向量与可视场景点B001到视点的距离及其所在表面的法向量之间的差异小于给定阈值，则标记可视场景点B004与可视场景点B001为同一个几何对象表面上的邻近点；D _pix > 0；像素B003到像素B002的距离定义为(Δ_I ²+Δ_J ²)^1/2，Δ_I为像素B003在虚拟像素平面上的行号和像素B002在虚拟像素平面上的行号之差，Δ_J为像素B003在虚拟像素平面上的列号和像素B002在虚拟像素平面上的列号之差；对每个可视场景点B001，根据可视场景点B001及与其在同一个几何对象表面上的所有邻近可视场景点对应的光源采样点及相应的可见性来估计可视场景点B001的直接光照值；具体实现步骤如下：

提供一种数据结构LSPD，用于存储与面光源采样点相关的数据；数据结构LSPD包括光源采样点的空间位置P _ls 和光源采样点的可见性V _ls 两个成员变量；

1）为每个可视场景点按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点，并计算光源采样点与对应的可视场景点之间的可见性，具体步骤如下：

步骤Step101：把虚拟相机放在视点位置，根据虚拟相机拍摄参数，利用光线投射技术绘制三维场景；对于每条从视点出发穿过虚拟像素平面上的像素的光线A001，光线A001与虚拟像素平面上的像素一一对应，判断光线A001与三维场景的几何对象是否相交，如果相交则进一步计算光线A001与三维场景的几何对象的离视点最近的交点A002，交点A002就是一个可视场景点，可视场景点对应了虚拟像素平面上的一个唯一的像素；

步骤Step102：创建一个包含M行、N列元素的数组LS，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组LS的每个元素存储一个列表C001，列表C001的每个元素存储一个数据结构LSPD类型的变量；令数组LS的每个元素存储的列表C001为空；数组LS的每个元素和虚拟像素平面上的像素一一对应；

步骤Step103：对每条与三维场景的几何对象相交的光线A001对应的可视场景点B001，执行如下操作：

按均匀分布在面光源上随机地产生n _ls 个光源采样点C002；在计算机存储器中创建n _ls 个数据结构LSPD类型的变量，其与n _ls 个光源采样点C002一一对应；把每个光源采样点C002的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C002，判断从光源采样点C002的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C002对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把n _ls 个光源采样点C002对应的n _ls 个数据结构LSPD类型的变量添加到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素对应的数组LS的元素存储的列表C001中；

2）估计每个可视场景点的直接光照值，并绘制出三维场景的直接光照效果，具体步骤如下：

步骤Step201：创建一个包含M行、N列元素的数组ILU，M为虚拟像素平面上的像素行数，N为虚拟像素平面上的像素列数；数组ILU的每个元素与虚拟像素平面上的像素一一对应，数组ILU的每个元素用于保存虚拟像素平面上的像素对应的可视场景点的直接光照值；令数组ILU的每个元素的值为背景色对应的光照值；

步骤Step202：对每个可视场景点B001，执行如下操作：

步骤Step202-1：找到可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002；在虚拟像素平面上找出到像素B002的距离小于D _pix 的所有像素B003并把它们保存到列表C003中，列表C003中不包括像素B002；

步骤Step202-2：在计算机存储器中创建一个列表LCS来存储一系列数据结构LSPD类型的变量，令列表LCS为空；把可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中；对列表C003中的每个像素C004，执行如下操作：

如果从视点出发穿过像素C004的光线A001与三维场景的几何对象有交，则找到像素C004对应的可视场景点C005，可视场景点C005到视点的距离为d ₁、可视场景点B001到视点的距离为d ₂、可视场景点C005所在表面的归一化法向量为V₁、可视场景点B001所在表面的归一化法向量为V₂，如果|d ₁− d ₂| < T _d 且V₁∙V₂ > T _v ，则把可视场景点C005对应的虚拟像素平面上的像素C004对应的数组LS的元素存储的列表C001中的所有变量添加到列表LCS中，V₁∙V₂表示V₁和V₂的点乘；T _d 表示距离差异阈值，T _v 表示法向量方向差异阈值；

步骤Step202-3：令n _s1为列表LCS中存储的数据结构LSPD类型的变量个数；如果n _s1 ≥NUM，则转步骤Step202-4，否则按均匀分布在面光源上随机地产生NUM − n _s1个光源采样点C006，在计算机存储器中创建NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量，其与NUM − n _s1个光源采样点C006一一对应，把每个光源采样点C006的空间位置赋值给与之对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量；对于每个光源采样点C006，判断从光源采样点C006的空间位置到可视场景点B001的线段是否与三维场景的几何对象相交，如果相交，则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为0，否则令与光源采样点C006对应的数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量为1；把NUM − n _s1个光源采样点C006对应的NUM − n _s1个数据结构LSPD类型的变量添加到列表LCS中；

步骤Step202-4：根据列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的空间位置P _ls 成员变量的值来确定可视场景点B001的蒙特卡洛直接光照值估计所需的光源采样点，用列表LCS中存储的所有数据结构LSPD类型的变量的光源采样点的可见性V _ls 成员变量的值作为对应的光源采样点对可视场景点B001的可见性近似值，并使用蒙特卡洛直接光照值估计技术来计算可视场景点B001的直接光照近似值C007；

步骤Step202-5：计算可视场景点B001对应的虚拟像素平面上的像素B002在虚拟像素平面上所在的行号irow和列号jcol；把数组ILU的第irow行、第jcol列的元素赋值为直接光照近似值C007；

步骤Step203：把数组ILU的每个元素保存的直接光照值转换成三维场景画面图像像素颜色值，并把三维场景画面图像显示在显示器上。