CN107452048B - 全局光照的计算方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全局光照的计算方法及装置。其中，该方法包括：获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。本发明解决了相关技术中所提供的全局光照计算方法易耗费较多的硬件资源且呈现的画面效果不够理想的技术问题。

Description

全局光照的计算方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机图像处理领域，具体而言，涉及一种全局光照的计算方法及装置。
背景技术
目前，全局光照一直是实时游戏渲染的热点，其渲染的画面不仅需要考虑场景光源发出的光直接照射在考量表面(即物体表面)的效果，而且还需要考虑从光源出发的光线经过其他表面反射后再击中考量表面的光照效果。全局光照对于物件光照真实感和周围环境的融合发挥着巨大的作用。为了解决全局渲染方程，全局光照需要多次迭代积分，而没有分析解，因此只有使用蒙特卡罗相关的积分方法才能够求出数值解。考虑到精确全局光照算法的计算量十分庞大，通常所采用的实现方法可以分为离线和实时两大类技术方案。
离线全局光照方法主要应用于电影、游戏计算机动画(CG)、动画短片的制作，由于这些技术一般都具有更充足的运算量，同时还没有实时游戏的运行要求，因此，离线方法都以达到照片级渲染质量为要求，结合光学相关知识，重新接近真实的光照效果。离线全局光照所采用的核心算法包括：光路跟踪算法(Path Tracing)和光子映射算法(PhotonMapping)。这些离线计算方法主要特点是光照强度计算准确，包含多次反射，但是计算量大，一般要数十分钟才能渲染出一帧结果。Path Tracing是一种光路跟踪算法，其可以对到达场景某个点的所有光线进行积分得出该点反射入摄像机的光强，并对这些光线进行相同的递归操作。类似的，Photon Mapping也是一种光路跟踪算法，但它会将光线到达镜头前的一次入射结果记录在贴图中，而后能够在这些光照信息中进行插值平滑结果，属于一种更积极和快速收敛的全局光照算法，其通常比Path Tracing具有更低的运算复杂度。
实时全局光照方法主要应用于实时渲染引擎，其中，包括：建模软件、游戏引擎。鉴于其技术路线和原理多样化，根据技术实现的考量输入范围可以大致分为屏幕空间算法和世界空间的算法。算法特点在考量质量的同时，还要考虑单帧的计算量，硬件和渲染应用程序编程接口(API)的适应，较少的中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)数据传输量，从而保证每帧渲染的稳定性以及保持较高帧率。
由于本申请主要关注游戏引擎，因此，在下文中将重点讨论实时领域的全局光照计算方法。
实时全局光照技术的主要分为屏幕空间和世界空间两种技术路线。
屏幕空间的全局光照方案主要包括：屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)。环境光遮蔽(Ambient Occlusion，简称为AO)主要用于模拟天光这种大范围面光源对物体产生的软阴影。带有AO技术的画面可以更好地分辨物体的距离和体积感。SSAO使用屏幕空间的深度信息用于计算场景的几何遮挡。一般的SSAO技术只使用一层深度信息计算。
相比于屏幕空间的全局光照方案，世界空间方案所取得的技术效果更佳，其原因在于：该渲染方法考虑了整个场景的三维数据，而且不会出现如屏幕空间方案所存在的缺陷(例如：数据不完备以及靠近摄像机物体的AO会对距离较远的物体AO产生干扰)，故而，该渲染方法的计算数值也更接近确定解。
相关技术中所提供的世界空间的全局光照方案包括：基于模型体素抽象方法的英伟达公司(Nvidia)游戏插件的基于体素的环境光遮蔽算法(Voxel Ambient Occlusion，简称为VXAO)、基于体素的全局光照算法(Voxel Global Illumination，简称为VXGI)和Cryengine(其为德国公司Crytek出品的次时代游戏引擎，代表游戏有：孤岛危机、孤岛惊魂系列，罗马之子)引擎的基于稀疏八叉树体素的全局光照算法(Sparse Voxel OctreeTotal Illumination，简称为SVOTI)，此外，还包括：基于有向距离场方法的虚幻引擎的DFAO、DFGI。
基于体素技术，世界空间的全局光照方案的原理在于：将场景在GPU中以体素形成存储几何与光照信息；体素即为像素的三维化表示方法，体素数据可视化构建的场景类似微软Minecraft游戏的表现；体素的生成一般在GPU中进行，将场景的几何面片信息进行三维的光栅化，并存储在三维纹理中；体素的分辨率越大，其代表场景物件的精细度越好；当生成体素数据后，就可以使用体素圆锥追踪(Voxel Cone Tracing)技术计算全局光照。
然而，基于体素抽象方法主要存在的缺陷在于：CPU与GPU的数据传输量较大，无法完成大范围的野外场景和大量骨骼动画的模型。因为这些将模型三维光栅化的方法需要将模型的几何信息填充在三维贴图中，其具有较高的填充率，特别是三维贴图分辨率的增大对需要计算数据的增大十分迅速。如果整个场景有很多模型都是动态的或者角色在快速的移动，就会带来很高的数据加载负载或生成负载。当模型带有骨骼动画时，这种方法需要每帧对模型进行重新的体素光栅化，同时还需要将这部分数据注入到全局的数据中。
基于有向距离场的技术，世界空间的全局光照方案的原理在于将场景通过有向距离场重建数据。Epic公司的虚幻4游戏引擎所采用的方法是离线生成每个物件的局部有向距离场数据，并在游戏渲染时结合DX11特性，从而可以在世界空间对射线与可视范围内物体距离场(Distance Field，其为一种标量场，存储空间中到达最近表面的距离)包围盒求交和利用Distance Field进行球体追踪(Sphere Tracing)。另一方面，虚幻4游戏引擎并没有存储物体的直接光照，因此，其间接光照实现是结合了Distance Filed和虚拟点光源(Virtual Point Light)技术。
然而，基于有向距离场的技术的主要缺陷在于：不支持镜面反射。以虚幻引擎的DFGI为例，其通过离线生成的有向距离场来计算全局光照，同样不能支持动态骨骼动画物件。不仅如此，由于虚幻引擎的DFGI仅具有距离场信息，而没有场景的光照信息，其不能支持镜面反射的渲染。同时，DFGI的间接光照是利用虚拟点光源实现，而这些虚拟点光源模拟间接光照在数量较少的情况下效果较差，而数量增大又会带来巨大的开销。
同时，还需要指出的是，上述相关技术中所提供的技术方案的实现都需要借助于DirectX 11的高级特性，由于存在较高的性能开销，故而难以支持带骨骼动画的物件，不适合在网游引擎里实现。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种全局光照的计算方法及装置，以至少解决相关技术中所提供的全局光照计算方法易耗费较多的硬件资源且呈现的画面效果不够理想的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种全局光照的计算方法，包括：
获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，获取每个像素对应的光照信息包括：对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；从当前帧图像数据中提取与屏幕显示坐标对应的光照信息。
可选地，获取每个像素对应的有向距离场信息包括：对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；分别计算每个体素的世界坐标位置与应的屏幕显示坐标根据屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将世界位置距离限定在预设的数值范围内；获取与屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
可选地，根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算包括：确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；根据每个采样点对应的体素在三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；利用多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算包括以下至少之一：在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
可选地，在根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算之后，还包括：利用帧间抗锯齿(Temporal AA)对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取多个像素时所采用的分辨率上采样至屏幕的全屏分辨率，其中，全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种全局光照的计算装置，包括：
获取模块，用于获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；计算模块，用于根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，获取模块包括：第一映射单元，用于对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元，用于将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一获取单元，用于从当前帧图像数据中提取与屏幕显示坐标对应的光照信息。
可选地，获取模块包括：第一映射单元，用于对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元，用于将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一计算单元，用于分别计算每个体素的世界坐标位置与对应的屏幕显示坐标根据屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将所述世界位置距离限定在预设的数值范围内；第二获取单元，用于获取与所述屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在所述当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
可选地，计算模块包括：确定单元，用于确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；第三获取单元，用于根据每个采样点对应的体素在三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；调整单元，用于利用多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；第二计算单元，用于利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，第二计算单元，用于在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；和/或，在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；和/或，根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
可选地，上述装置还包括：处理模块，用于利用Temporal AA对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取多个像素时所采用的分辨率上采样至屏幕的全屏分辨率，其中，全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
在本发明实施例中，采用将屏幕上选取的像素对应的体素的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中，当需要针对该像素进行全局光照计算时，从二维贴图中获取该像素对应的体素的有向距离场信息和/或光照信息，并运用获取到的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算的方式，从而实现了降低全局光照的计算量，减小硬件资源消耗，提升画面显示效果的技术效果，进而解决了相关技术中所提供的全局光照计算方法易耗费较多的硬件资源且呈现的画面效果不够理想的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的全局光照的计算方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的全局光照的计算装置的结构框图；
图3是根据本发明优选实施例的全局光照的计算装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种全局光照的计算方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的全局光照的计算方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S12，获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；
步骤S14，根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
相关技术中所提供的全局光照计算方法都具有很高的GPU消耗和计算量，其对计算机硬件配置要求较高，通常适用于单机游戏，但却不适用于网络游戏；具体地，CPU和GPU每帧数据传输量大或者需要离线预处理的数据。世界空间的全局光照方法主要需要在GPU中建立一份整个场景的信息用于全局光照的计算。这份信息中主要包括场景的直接光照亮度和场景的几何信息。而游戏场景一般都十分庞大，有的还要求无缝加载地图，因此，这些数据从CPU到GPU的传输性能便是整个全局光照系统的瓶颈之一。而且，由于至少需要DirectX 10以上才能够支持三维纹理写入，而当前工业领域游戏渲染的前沿所采用的世界空间全局光照方法都需要使用较高图形API的一些特性才能高效地实现。与之相反，通过采用本发明实施例所提供的技术方案，通过每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中，减少CPU与GPU之间的数据传输量，进而减少从CPU到GPU数据带宽的占用。另外，由于降低了CPU与GPU之间的数据传输量，因此，既能够实现在占用少于现有技术方案的系统资源的情况下能够达到相同的画面效果，又能够实现在占有与现有技术方案的系统资源相同的情况下能够达到更加的画面效果。
在优选实施过程中，利用延迟渲染中的当前帧的材质信息总线(包括但不限于:材质颜色、法线、材质渲染参数，其主要用于渲染着色过程中材质与光照进行解耦，先对屏幕内不透明的材质生成材质总线，再计算光照结果，避免了被遮挡位置的光照计算，典型的诸如GBuffer)将光照信息和有向距离场信息填充至体素贴图中，其中，数据存储是按有向距离场来存储光照信息与距离场数据；光照信息存储在贴图的RGB分量，有向距离场存储在贴图中的Alpha通道中。
由于本发明所提供的实施例需要采用DirectX 9渲染框架来替代相关技术中所使用的DirectX 10以上渲染框架，而DirectX 9仅支持二维贴图的写入，因此，需要将二维贴图映射成三维贴图。即体素贴图使用二维贴图实现三维数据的存储。数据写入和读取需要分别进行位置的映射。三维数据UV需要映射到二维贴图UV。具体地，先将三维贴图按照深度切分进行二维展开，采用多个平铺的二维贴图来实现。如果将这些平铺的二维贴图再重新叠加在一起，便可以还原出上述三维贴图。假设三维体素的分辨率设定为128*128*128，那么，便需要生成对应16384(即128*128)*128大小的二维贴图。
进一步地，由于二维贴图的读取只能进行二维u、v间的线性插值，如果希望还原出三维贴图的u、v、w三维线性插值，则需要读取二维贴图中读取w坐标在二维贴图中对应的两个最近的切面(即两个小正方形中的数据)，再对这两个平面的数据进行插值，从而模拟三维贴图的功能。这两个坐标点定义为uv1，uv2，其对应的映射公式如下：
uv2＝float2(
(floor(Cell.z)+1+Cell.x/SDF_VOLUME_WIDTH)/SDF_VOLUME_DEPTH,
1.0f-Cell.y/SDF_VOLUME_HEIGHT)
uv1＝float2(
(floor(Cell.z)+Cell.x/SDF_VOLUME_WIDTH)/SDF_VOLUME_DEPTH,
1.0f-Cell.y/SDF_VOLUME_HEIGHT)
其中，float2表示一个矢量，分别具有x，y的取值，并通过逗号隔开；Cell表示访问在三维数据局部空间的坐标值，SDF_VOLUME_WIDTH、SDF_VOLUME_HEIGHT、SDF_VOLUME_DEPTH是体素贴图的最大宽度、最大高度、最大深度。
可选地，在步骤S12中，获取每个像素对应的光照信息可以包括以下执行步骤：
步骤S120，对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；
步骤S121，将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；
步骤S122，从当前帧图像数据中提取与屏幕显示坐标对应的光照信息。
首先，对映射成三维数据的二维贴图进行光栅化，并将每个像素的位置映射回三维数据世界坐标位置；其次，将每个体素的世界坐标位置映射到屏幕空间中，从而得到对应屏幕的UV坐标；然后，再从当前视点(例如：摄像机)观察到的当前帧图像数据中提取对应UV坐标的光照信息。此外，光照信息还可以在线使用简单兰伯特渲染模型计算。
需要说明的是，这一步计算是需要延迟渲染的阴影计算结果。即，为了使得注入三维体素的数据具有阴影信息，需要延时渲染的阴影贴图配合，以生成的体素数据的光照信息。
可选地，在步骤S12中，获取每个像素对应的有向距离场信息可以包括以下执行步骤：
步骤S123，对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；
步骤S124，将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；
步骤S125，分别计算每个体素的世界坐标位置与应的屏幕显示坐标根据屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将世界位置距离限定在预设的数值范围内；
步骤S126，获取与屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
有向距离场(Signed Distance Field，简称为SDF)是一个标量场，用于存储每个空间位置到最近的三角表面的距离。该数据的计算流程如下：
首先，对映射成三维数据的二维贴图进行光栅化，并将每个像素的位置映射回三维数据世界坐标位置；其次，将每个体素的世界坐标位置映射到屏幕空间中，从而得到对应屏幕的UV坐标；然后，假如该体素属于屏幕的可见范围，就计算体素的世界坐标位置与对应屏幕UV坐标采样屏幕深度图(即得到屏幕中对应像素在深度图的数据)还原的世界坐标位置的距离(即三维世界的两点间距离)；最后，将这个距离截断最大、最小上下限(即将前一步骤得到的距离取值截断在一个范围内)，得到截断最大最小值的有向距离场(TruncatedSigned Distance Field，简称为TSDF)，并与上一帧对应的数据进行加权平均。
考虑到本发明实施例所提供的技术方案主要适用于网络游戏和其它通用的渲染环境，因此，全局光照的计算需要覆盖相当大的范围。为了保证在大范围生成全局光的情况下，同时位于屏幕附近的计算结果又能够保证足够的精度，需要引入多细节层次(Level ofDetail，简称为LOD，即按照摄像机距离的远近减少相应细节的渲染优化方案)系统。而裁剪图(Clipmap)是一种LOD技术，其原理在于：使用高精度数据包裹摄像机的近景部分，同时使用低精度数据包裹摄像机的远景部分。
在优选实施例中，LOD的实现是分别生成相同分辨率但不同对应场景范围的三维数据包裹摄像机，并会跟随摄像机进行移动。最低层级的LOD范围最小，生成三维数据单位精度最高。最高级的LOD层级精度最小，但范围最大；换言之，距离摄像机较近的空间生成精度高数据，距离摄像机较远的空间生成低精度数据，这样保证在较低显存消耗下情况下，近景部分具有较好的画面呈现效果，由此能够保证用户在观看近景时具有较好的全局光渲染结果，同时远景也能够具有相对适中的画面呈现效果。
综合上述介绍，在进行全局光照计算前的数据准备工作如下：使用三维体素数据存储动态生成的世界有向距离场信息以及与世界有向距离场对应的世界空间坐标代表的光照信息，并且采用高精度数据包裹摄像机近距离区域以及采用低精度数据包裹摄像机远距离区域，即采用Clipmap+LOD方式覆盖以摄像机为中心的正方体区域，以节省显存的占用。利用当前帧渲染的通过常规游戏引擎的延迟渲染技术产生的深度图，更新摄像机视锥体包裹范围内的体素数据，其中，有向距离场信息利用深度图还原世界坐标计算，直接光照信息利用漫反射计算。此时，得到整个场景重建的有向距离场和直接光照体素数据。由于当前数据由有向距离场的数据与上一帧的数据进行加权平均得到的，因此，还需要经过一个滤波处理完成数据准备。当需要实现通过渲染技术(例如：环境光遮蔽、间接光照、反射)来提升使用有向距离场得到的画面效果时，使用上述全局动态生成的数据即可。该数据除了能够实现全局光照，还能够实现软阴影，镜面反射，物理碰撞等效果。
可选地，在步骤S14中，根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算可以包括以下执行步骤：
步骤S140，确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；
步骤S141，根据每个采样点对应的体素在三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；
步骤S142，利用多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；
步骤S143，利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
由于融合的数据通常都是位于摄像机正对面的比例最高，在截断距离范围不够小的情况下，数据本身与标准的SDF存在极大的方向性偏差，但是，如果截断的范围越小，后面使用体素贴图的渲染技术需要跟踪的次数越多，换言之，因为通过摄像机拍摄的深度图生成距离场，优先生成数据的有效性主要偏向于摄像机方向。其与标准距离场定义存在误差。
故而，可以尝试使用最小距离范式的优化方法，使得已有SDF数据能够在多次迭代后逼近正确结果。
在优选实施过程中，假设当前方格O(包括：6个面)，循环寻找与方格O每个面相接的方格Q(即三维贴图中相邻的体素，通过uv坐标偏移对应体素的边长大小)，两个方格的中心距离为d；从摄像机朝向物体表面的方向上，物体表面可以设置为原点，位于物体表面外部的平面可以设置为正向(取正号)，位于物体表面内部的平面可以设置为反向(取负号)：
若方格O与方格Q同为正号或同为负号，根据方格Q中存储的先前生成的有向距离场信息(distance)计算方格O的猜测距离(即Q的distance+d)，并对方格O中存储的先前生成的有向距离场信息(distance)与猜测距离这两者中的较小值进行存储，其中，收敛为最佳情况；
若方格O与方格Q中存在一个正号和一个负号，那么当d小于圆心距时，则两圆公共弦与两圆连线的交点为假设表面零点(即两个相邻格子存储的距离可以看作是两个圆的半径，两圆交点的连线为两圆的公共弦，两圆心的连线与公共弦的交点为所求近似点)，继而求出交点到方格的距离。
通过将方格O与相邻的6个方格按照上述计算方式进行重复计算，最终得到调整后的有向距离场信息和/或光照信息。
可选地，在步骤S142中，利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算可以包括以下执行步骤至少之一：
步骤S1420，在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；
全局光照分为环境光遮蔽和间接光照两个部分。为了计算效率考虑，两个计算都需要复用相同的采样点数据。
采样点分布：采样起始点为当前屏幕像素根据深度图转换的世界坐标位置，同时根据像素屏幕坐标获取像素对应的世界法线，进而得到该像素代表面片的朝向。在优选实施过程中，在采样起始点开始分别往面片朝向的平均分布的9个方向跟踪光照与遮挡信息，其中，每个方向进行10步跟踪采样。最后，对9个方向的计算结果求取均值，继而得到最后结果。需要说明的是，这9个方向形成的圆锥尽量分布和占满跟踪表面的法线方向的半球面。
在环境光遮蔽(Ambient Occlusion)的计算过程中，每步采样的环境遮挡的计算公式如下：
StepVisibility＝Distance/SphereRadius
其中，StepVisibility为每步采样的可见性，Distance为有向距离场，SphereRadius是以采样起始点为圆锥顶点，采样点为截面圆心的的圆锥底面圆半径。这是利用有向距离场线性计算特定立体角方向可见性的一个逼近方法；同时，由于本发明所提供的实施例可以使用TSDF，因此，SphereRadius也需要在同样的有向距离场最大值进行截断。
每个方向记录下当前方向可见性最低的StepVisibility值:
ConeVisibility＝min(StepVisibility,ConeVisibility)
在得到每个方向上的环境光遮蔽值后，便可以运用相关技术中所提供的环境光遮蔽公式完成对应像素的计算。此处不再赘述。
步骤S1421，在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；
在间接光照计算的过程中，与环境光遮蔽的计算相类似，先采用屏幕深度还原像素的世界坐标值，以这个坐标为起始点，从该点出发分别往9个方向收集光照信息。由于前面生成的有向距离场数据是带有光照信息，故而，可以利用每个像素对应的体素的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，从而得到间接光照计算结果。
步骤S1422，根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
在镜面反射的计算过程中，利用屏幕的深度值还原像素的世界坐标，以这个坐标为起始点，向以摄像机朝向的入射线与像素表面法线的反射方向利用有向距离场数据进行Sphere Tracing。在跟踪结束点获取该点的光照信息。
Sphere Tracing是有向距离场进行跟踪的一种方法，主要用于查找一个起始点到达特定方向最近距离的表面位置，其原理主要在于：利用有向距离场迭代每次跟踪的步长，其步长每次递归过程中都会加上有向距离场在当前跟踪点的数值；由于有向距离场本来存储的数据便是对应位置到达最近表面的距离，与Sphere Tracing的设定功能是一致的。因此Sphere Tracing是一个十分高效的在有向距离场中进行光线跟踪的方法。
可选地，在步骤S14，根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算之后，还可以包括以下执行步骤：
步骤S16，利用帧间抗锯齿(Temporal AA)对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取多个像素时所采用的分辨率上采样至屏幕的全屏分辨率，其中，全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
帧间抗锯齿(Temporal Antialiasing，简称为Temporal AA)技术是一种抗锯齿手段，其工作原理在于：利用多帧的数据对能够分辨出属于同一个像素渲染的结果进行超采样；其与传统抗锯齿技术的最大差别在于：传统技术对像素进行超采样的数据来源于其附近的位置渲染更多的结果，而Temporal AA则是将需要采样的数据分布在多帧的渲染结果中，因此，Temporal AA能够在更低的软硬件资源消耗下，达到更好的抗锯齿效果。
Temporal AA需要将上一帧大部分数据都能够有效地重新映射到当前帧的位置，这时需要保存上一帧的摄像机矩阵并计算当前帧的像素2D速度场。Temporal AA正确映射越多上一帧的数据，其超采样结果会越好。
由于全局光照属于中频的信息，而且全局光照的计算属于GPU密集型的操作，因此，可以在一个较低的分辨率下进行渲染，以减少整体计算量，再利用GBuffer的深度图和法线进行双向滤波至全屏分辨率。而上采样所带来的问题是数据的跳变与信息的缺失，故而，在这里引入Temporal AA可以在一定程度上减少数据跳变与采样精度降低的问题。
在优选实施过程中，全局光的跟踪计算发生在屏幕八分之一分辨率下，然后双向滤波上采样(Upsample，其为一种纹理采样方法)到一半分辨率，通过使用Temperal AA再上采样至全分辨率。
根据本发明的另一实施例，提供了一种全局光照的计算装置的实施例。图2是根据本发明实施例的全局光照的计算装置的结构框图。如图2所示，该全局光照的计算装置可以包括：获取模块10，用于获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；计算模块20，用于根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，图3是根据本发明优选实施例的全局光照的计算装置的结构框图。如图3所示，获取模块10包括：第一映射单元100，用于对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元102，用于将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一获取单元104，用于从当前帧图像数据中提取与屏幕显示坐标对应的光照信息。
可选地，如图3所示，获取模块10包括：第一映射单元100，用于对二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元102，用于将每个体素的世界坐标位置映射至屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一计算单元106，用于分别计算每个体素的世界坐标位置与对应的屏幕显示坐标根据屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将所述世界位置距离限定在预设的数值范围内；第二获取单元108，用于获取与所述屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在所述当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
可选地，如图3所示，计算模块20包括：确定单元200，用于确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；第三获取单元202，用于根据每个采样点对应的体素在三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；调整单元204，用于利用多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；第二计算单元206，用于利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
可选地，第二计算单元206，用于在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；和/或，在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；和/或，根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
可选地，如图3所示，上述装置还包括：处理模块30，用于利用Temporal AA对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取多个像素时所采用的分辨率上采样至屏幕的全屏分辨率，其中，全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种全局光照的计算方法，其特征在于，包括：
获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；
根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算；
其中，获取每个像素对应的光照信息包括：对所述二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在所述二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在所述三维贴图中的世界坐标位置；将每个体素的世界坐标位置映射至所述屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；从当前帧图像数据中提取与所述屏幕显示坐标对应的光照信息；
其中，获取每个像素对应的有向距离场信息包括：对所述二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在所述二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在所述三维贴图中的世界坐标位置；将每个体素的世界坐标位置映射至所述屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；分别计算每个体素的世界坐标位置与对应的屏幕显示坐标根据所述屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将所述世界位置距离限定在预设的数值范围内；获取与所述屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在所述当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算包括：
确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；
根据每个采样点对应的体素在所述三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；
利用所述多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；
利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算包括以下至少之一：
在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；
在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；
根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算之后，还包括：
利用帧间抗锯齿Temporal AA对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取所述多个像素时所采用的分辨率上采样至所述屏幕的全屏分辨率，其中，所述全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
5.一种全局光照的计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取屏幕内预先选取的多个像素中每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息，其中，每个像素对应的有向距离场信息和光照信息存储于由三维贴图映射而成的二维贴图中；
计算模块，用于根据每个像素对应的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算；
其中，所述获取模块包括：第一映射单元，用于对所述二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在所述二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在所述三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元，用于将每个体素的世界坐标位置映射至所述屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一获取单元，用于从当前帧图像数据中提取与所述屏幕显示坐标对应的光照信息；
其中，所述获取模块包括：第一映射单元，用于对所述二维贴图进行光栅化处理，将每个像素在所述二维贴图中的位置通过映射的方式得到对应体素在所述三维贴图中的世界坐标位置；第二映射单元，用于将每个体素的世界坐标位置映射至所述屏幕的显示空间内，得到对应的屏幕显示坐标；第一计算单元，用于分别计算每个体素的世界坐标位置与对应的屏幕显示坐标根据所述屏幕的深度图还原出的世界坐标位置之间的世界位置距离，并将所述世界位置距离限定在预设的数值范围内；第二获取单元，用于获取与所述屏幕内显示的当前帧图像数据相邻的前一帧图像数据对应的有向距离场信息和光照信息，计算每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离，并采用每个像素在所述当前帧图像数据上对应的世界位置距离和每个像素在所述前一帧图像数据上对应的世界位置距离进行加权平均计算，得到每个像素对应的有向距离场信息。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：
确定单元，用于确定每个像素在进行全局光照计算过程中待使用的采样点；
第三获取单元，用于根据每个采样点对应的体素在所述三维贴图中的世界坐标位置获取多个相邻体素；
调整单元，用于利用所述多个相邻体素的有向距离场信息和光照信息对每个像素对应的有向距离场信息和光照信息进行多次迭代修正，得到每个像素对应的调整后的有向距离场信息和光照信息；
第二计算单元，用于利用每个像素对应的调整后的有向距离场信息和/或光照信息进行全局光照计算。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元，用于在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息进行均值遮蔽计算，得到环境光遮蔽信息；和/或，在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的半球面内跟踪多个方向上均匀分布的圆锥体对应的调整后的有向距离场信息和光照信息进行体素圆锥追踪，得到间接光照信息；和/或，根据视点朝向的入射线与在每个像素在待渲染物体表面对应的起始采样点的世界法线朝向上的反射线，通过体素对应的调整后的有向距离场信息进行球体追踪，得到镜面反射信息。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
处理模块，用于利用帧间抗锯齿Temporal AA对全局光照计算结果进行平滑处理，将与选取所述多个像素时所采用的分辨率上采样至所述屏幕的全屏分辨率，其中，所述全局光照计算结果包括以下至少之一：环境光遮蔽信息、间接光照信息、镜面反射信息。
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Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019045144A1 (ko) * 2017-08-31 2019-03-07 (주)레벨소프트 의료용 항법 장치를 위한 의료 영상 처리 장치 및 의료 영상 처리 방법
CN108122266B (zh) * 2017-12-20 2021-07-27 成都卓杭网络科技股份有限公司 一种缓存骨骼动画渲染纹理的方法、装置和存储介质
CN108090949A (zh) * 2017-12-26 2018-05-29 苏州蜗牛数字科技股份有限公司 一种基于光能传播的实时全局光照方法
CN108537869B (zh) * 2018-03-08 2022-03-18 哈尔滨工程大学 一种基于级联纹理的圆锥追踪动态全局光照方法
CN108986195B (zh) * 2018-06-26 2023-02-28 东南大学 一种结合环境映射和全局光照渲染的单镜头混合现实实现方法
CN109389667B (zh) * 2018-08-23 2023-07-18 北京大学 一种基于深度学习的高效全局光照明绘制方法
CN109364481B (zh) * 2018-10-30 2022-09-13 网易（杭州）网络有限公司 游戏内的实时全局光照方法、装置、介质及电子设备
CN109472856B (zh) * 2018-11-07 2022-12-09 长春理工大学 基于虚拟点光源的复杂真实感三维场景渐进交互式绘制方法
CN109745704B (zh) * 2018-11-19 2022-09-09 苏州蜗牛数字科技股份有限公司 一种体素地形的管理方法
CN109934900A (zh) * 2019-01-23 2019-06-25 杭州炽橙文创科技有限公司 基于vr硬件架构的实时全局光照解决方法
US11200722B2 (en) * 2019-12-20 2021-12-14 Intel Corporation Method and apparatus for viewport shifting of non-real time 3D applications
US11315310B2 (en) * 2020-03-12 2022-04-26 Nvidia Corporation Reservoir-based spatiotemporal importance resampling utilizing a global illumination data structure
CN111739074B (zh) * 2020-06-03 2023-07-18 福建数博讯信息科技有限公司 一种场景多点光源渲染方法及装置
CN111744183B (zh) * 2020-07-02 2024-02-09 网易（杭州）网络有限公司 游戏中的光照采样方法、装置以及计算机设备
CN112153280B (zh) * 2020-08-31 2022-02-15 浙江赫千电子科技有限公司 一种应用于摄像头模组的主动对准方法
US11216916B1 (en) * 2020-10-09 2022-01-04 Nvidia Corporation History clamping for denoising dynamic ray-traced scenes using temporal accumulation
CN112604278B (zh) * 2020-12-29 2021-09-17 广州银汉科技有限公司 一种基于游戏在智能设备模拟全局光照的方法
CN112734896B (zh) * 2021-01-08 2024-04-26 网易（杭州）网络有限公司 环境遮蔽渲染方法、装置、存储介质及电子设备
CN115115747A (zh) * 2021-03-09 2022-09-27 网易（杭州）网络有限公司 光照渲染方法、装置、电子设备及存储介质
CN112927123A (zh) * 2021-03-19 2021-06-08 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种gpu加速的有向距离场符号建模方法
CN113648652B (zh) * 2021-08-20 2023-11-14 腾讯科技（深圳）有限公司 对象渲染方法和装置、存储介质及电子设备
CN114937111B (zh) * 2022-03-29 2024-06-04 网易（杭州）网络有限公司 阴影贴图混合方法、装置、电子设备和存储介质
CN116051713B (zh) * 2022-08-04 2023-10-31 荣耀终端有限公司 渲染方法、电子设备和计算机可读存储介质
CN115330640B (zh) * 2022-10-11 2023-01-10 腾讯科技（深圳）有限公司 光照贴图降噪方法、装置、设备和介质
CN115830208B (zh) * 2023-01-09 2023-05-09 腾讯科技（深圳）有限公司 全局光照渲染方法、装置、计算机设备和存储介质
CN118691730A (zh) * 2023-03-21 2024-09-24 腾讯科技（深圳）有限公司 虚拟场景的光照更新方法、装置、设备、介质及程序产品
CN116672706B (zh) * 2023-08-03 2023-11-03 腾讯科技（深圳）有限公司 光照渲染方法、装置、终端和存储介质
CN117392315B (zh) * 2023-10-13 2024-07-05 威创软件南京有限公司 一种基于分布式光伏出力动态绘制星光图的算法
CN117830501A (zh) * 2023-12-29 2024-04-05 摩尔线程智能科技(北京)有限责任公司 计算全局光照的方法、装置、设备及存储介质
CN117893670B (zh) * 2024-01-15 2024-10-18 联想新视界（北京）科技有限公司 一种实时全局光照渲染方法、装置及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101882323A (zh) * 2010-05-19 2010-11-10 北京航空航天大学 基于高度图的微结构表面全局光照实时绘制方法
CN105335995A (zh) * 2015-10-28 2016-02-17 华为技术有限公司 一种多光源全局光照绘制方法及装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7990380B2 (en) * 2004-09-30 2011-08-02 Intel Corporation Diffuse photon map decomposition for parallelization of global illumination algorithm
GB0506703D0 (en) 2005-04-01 2005-05-11 Univ East Anglia Illuminant estimation
US20070052704A1 (en) * 2005-09-08 2007-03-08 Arm Limited 3D graphics image formation
US7750906B2 (en) * 2006-04-19 2010-07-06 Pixar Systems and methods for light pruning
US20090102843A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Microsoft Corporation Image-based proxy accumulation for realtime soft global illumination
CN101826214B (zh) 2010-03-29 2012-06-27 中山大学 一种基于光子映射的全局光照方法
CN102314703A (zh) 2011-06-14 2012-01-11 天津大学 一种蒙特卡罗全局光照的自适应抽样方法
US9202258B2 (en) * 2012-06-20 2015-12-01 Disney Enterprises, Inc. Video retargeting using content-dependent scaling vectors
US9857470B2 (en) * 2012-12-28 2018-01-02 Microsoft Technology Licensing, Llc Using photometric stereo for 3D environment modeling
US9129443B2 (en) * 2013-05-21 2015-09-08 Nvidia Corporation Cache-efficient processor and method of rendering indirect illumination using interleaving and sub-image blur
CN103426199B (zh) * 2013-08-09 2016-08-10 中国科学院自动化研究所 一种三维几何场景的低噪声实时全局光照绘制方法
WO2015017941A1 (en) * 2013-08-09 2015-02-12 Sweep3D Corporation Systems and methods for generating data indicative of a three-dimensional representation of a scene
US9811721B2 (en) * 2014-08-15 2017-11-07 Apple Inc. Three-dimensional hand tracking using depth sequences
CN104484896B (zh) 2014-10-30 2018-01-16 无锡梵天信息技术股份有限公司 一种基于环境贴图来模拟人物皮肤次表面散射的物理方法
US20160155261A1 (en) * 2014-11-26 2016-06-02 Bevelity LLC Rendering and Lightmap Calculation Methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101882323A (zh) * 2010-05-19 2010-11-10 北京航空航天大学 基于高度图的微结构表面全局光照实时绘制方法
CN105335995A (zh) * 2015-10-28 2016-02-17 华为技术有限公司 一种多光源全局光照绘制方法及装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Fast Approximations for Global Illumination on Dynamic Scenes》;Alex Evans;《Advanced Real-Time Rendering in 3D Graphics and Games-SIGGRAPH 2006》;20061231;第153-171页 *
《Hardware-Accelerated Global Illumination by Image Space Photon Mapping》;Morgan McGuire,David Luebke;《HPG"09 Proceedings of the Conference on High Performance Graphics 2009》;20090803;第77-89页 *
《包含反射、折射和焦散效果的全局光照快速绘制方法》;李瑞瑞 等;《计算机辅助设计与图形学学报》;20130831;第25卷(第８期);第1121-1127页 *
《基于DirectX9.0的3D游戏引擎研究与实现》;龚向宇;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20071115;第四章 *

Also Published As

Publication number Publication date
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