CN108090949A - 一种基于光能传播的实时全局光照方法 - Google Patents

一种基于光能传播的实时全局光照方法 Download PDF

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Abstract

一种基于光能传播的实时全局光照方法，包括以下步骤：对场景进行预渲染，并构建用于存储场景颜色的第一体积纹理；计算所述第一体积纹理的各像素格子的光照信息，并将其存储到用于记录场景最终全局光照信息的第二体积纹理；计算场景的全局光照信息并且渲染到全局光照图，并使用所述全局光照图对场景进行光照叠加；使用叠加后的所述光照图对场景进行光照计算。本发明是一种基于光能传播的实时全局光照方法，能够提高场景明暗变化的层次感，能够实现光线反弹，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。

Description

一种基于光能传播的实时全局光照方法
技术领域
本发明涉及3D游戏技术领域，特别是涉及一种基于光能传播的实时全局光照方法。
背景技术
纵观目前市面上大部分的3D游戏，大多是使用的直接光照进行照明。对光照信息，整体加上一个固定的亮度值，也就是环境光的强度, 用来调节场景的整体亮度。这种光照方式存在一下缺点：（1）由于对场景中的所有像素都是同样对待，统一加上一个亮度值，所以无法模拟出场景明暗变化的层次感。比如阳光从外面照射进很深的建筑里时，光线会慢慢衰减。但是直接光照无法做出这种效果。（2）无法实现颜色反弹的效果。比如阳光照射在靠近墙面的一块带颜色布料的时候，墙面的颜色应该受到布料颜色的影响。但是直接光照却无法实现这种效果。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于光能传播的实时全局光照方法，能够提高场景明暗变化的层次感，能够实现光线反弹，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。
为实现上述目的，本发明提供的基于光能传播的实时全局光照方法，包括以下步骤：
对场景进行预渲染，并构建用于存储场景颜色的第一体积纹理；
计算所述第一体积纹理的各像素格子的光照信息，并将其存储到用于记录场景最终全局光照信息的第二体积纹理；
计算场景的全局光照信息并且渲染到全局光照图，并使用所述全局光照图对场景进行光照叠加 ；
使用叠加后的所述光照图对场景进行光照计算。
进一步地，所述对场景进行预渲染，并构建用于存储场景颜色的第一体积纹理的步骤，进一步包括：
从灯光的视角对游戏场景进行预渲染，获得当前场景颜色缓冲、法线缓冲和深度缓冲三个渲染目标；
利用所述当前场景颜色缓冲、法线缓冲和深度缓冲构建用于存储场景颜色的第一体积纹理。
进一步地，所述计算所述第一体积纹理的各像素格子的光照信息，并将其存储到用于记录场景最终全局光照信息的第二体积纹理的步骤，进一步包括：
确定当前点在所述第一体积纹理空间的坐标；
计算当前点的颜色值并将其存储在所述第一体积纹理中相应的坐标位置；
对于第一体积纹理中的每个像素格子，计算出周围所有像素格子的所有面对这个像素格子影响的权重；
根据每个面的颜色与权重对每个像素格子进行光照计算，并将其存储在所述第二体积纹理中。
进一步地，所述确定当前点在所述第一体积纹理空间的坐标的步骤，进一步包括：
根据所述深度缓冲里的深度信息及屏幕空间的坐标确定当前点在所述第一体积纹理空间里的坐标。
进一步地，所述计算当前点的颜色值并将其存储在所述第一体积纹理中相应的坐标位置的步骤，进一步包括：
在所述颜色缓冲和所述法线缓冲中获取当前点的颜色信息和法线信息；
根据所述法线信息计算球谐系数；
通过在每个颜色值通道乘上相应的所述球谐系数来得到球谐变换后的颜色值；
将所述球谐变换后的颜色值存储在所述第一体积纹理相应的坐标位置。
进一步地，所述对于第一体积纹理中的每个像素格子，计算出周围所有像素格子的所有面对这个像素格子影响的权重，进一步包括：
将所述像素格子设为正方形格子；
根据所述像素格子与周围每个像素格子每个面的距离和方向信息，计算每个面对所述像素格子影响的权重。
进一步地，所述计算场景的全局光照信息并且渲染到全局光照图，并使用所述全局光照图对场景进行光照叠加的步骤，进一步包括：
使用直接光照对场景进行照明计算；
根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图。
进一步地，所述使用直接光照对场景进行照明计算的步骤，进一步包括：
从摄像机空间使用直接光照对场景进行常规的照明计算，并将环境光强度设为零。
更进一步地，所述根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图的步骤，进一步包括：
根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图；
将当前场景点的坐标变换成所述第二体积纹理的坐标空间里；
通过使用变换后的坐标对所述第二体积纹理进行采样来获得当前点的颜色值，并将所获得的颜色值存储到全局光照图。。
本发明的基于光能传播的实时全局光照方法，通过对场景进行预渲染，根据3个渲染目标构建第一体积纹理，并对于上述体积纹理里的每一个像素格子的颜色值，按照一定的方式(比如辐射度)向周围扩散和传播获得当前场景最终的全局光照明信息，能够提高场景明暗变化的层次感，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。
本发明的基于光能传播的实时全局光照方法，使用全局光照图对使用直接光照对场景进行照明计算的场景进行光照叠加，能够实现光线反弹，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的基于光能传播的实时全局光照方法的方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的基于光能传播的实时全局光照方法的方法流程图，下面将参考图1，对本发明的基于光能传播的实时全局光照方法进行详细描述。
首先，在步骤101，对场景进行预渲染，获得3个渲染目标。在该步骤中，从灯光的视角对游戏场景进行预渲染，获得3个渲染目标：当前场景颜色缓冲、法线缓冲、及深度缓冲。在此，不需要进行光照计算，因此对游戏的整体性能影响并不大。
在步骤102，构建用于存储场景颜色的第一体积纹理。在该步骤中，使用上述三种缓冲即前场景颜色缓冲、法线缓冲、及深度缓冲构建用于存储场景颜色的体积纹理即第一体积纹理，具体地，将渲染目标设为预先创建的用于存储场景颜色信息的体积纹理，渲染基本元素为点列表，根据实际需要的渲染质量来决定点列表里点的总数量。
在步骤103，确定当前点在第一体积纹理空间中的坐标。在该步骤中，在GPU中，根据深度缓冲里的深度信息及屏幕空间的坐标确定当前点在第一体积纹理空间里的坐标。
在步骤104，计算当前点的颜色值并将其存储在第一体积纹理中相应的坐标位置。在该步骤中，在颜色缓冲和法线缓冲中获取当前点的颜色信息和法线信息；根据法线信息计算球谐系数；通过在每个颜色值通道乘上相应的球谐系数来得到经过球谐变换后的颜色值；将上述颜色值存储在第一体积纹理相应的坐标位置。
在步骤105，对于第一体积纹理中的每个像素格子，计算出周围所有像素格子的所有面对这个像素格子影响的权重。在该步骤中，将所获得的第一体积纹理作为输入纹理传输至GPU中，在GPU中，将各体积纹理的体像素点抽象为一个正方形格子，此时，每一个格子周围都有6个格子与其直接接触，在计算当前像素格子的光照信息时，遍历周围所有6个格子的所有6个面，根据当前像素格子与周围每个格子的每个面的距离和方向信息 ，计算每个面对当前像素格子影响的权重。
在步骤106，根据上述每个面的颜色和权重对每个像素格子进行光照计算，并将结果存储到第二体积纹理中。在该步骤中，根据每个面的颜色和权重对当前像素格子进行光照计算；将所得到的颜色存储到另外的体积纹理即第二体积纹理中。第二体积纹理即为记录场景最终全局光照明信息的体积纹理。
在步骤107，使用直接光照对场景进行照明计算。在该步骤中，从摄像机空间使用直接光照对场景进行常规的照明计算。此时，环境光强度设为零。
在步骤108，计算当前场景的全局光照信息并渲染到全局光照图中。在步骤108中，根据当前场景深度图以及第二体积纹理，计算当前场景的全局光照信息并渲染到全局光照图中。具体地，根据屏幕空间坐标和场景深度图中的深度信息；将当前场景点的坐标变换成第二体积纹理的坐标空间里；通过使用变换后的坐标对第二体积纹理进行采样来获得当前点的颜色值，并将所获得的颜色值存储到全局光照图中。
在步骤109，使用全局光照图对场景进行光照叠加。
在步骤110，使用叠加后的光照图对场景进行最终的光照计算。
根据本发明的实施例，对场景进行预渲染，根据3个目标构建第一体积纹理，并对于上述体积纹理里的每一个像素格子的颜色值，按照一定的方式(比如辐射度)向周围扩散和传播获得当前场景最终的全局光照明信息。因此，能够提高场景明暗变化的层次感，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。
根据本发明的实施例，使用全局光照图对使用直接光照对场景进行照明计算的场景。因此，能够实现光线反弹，提高实时光照质量，得到更为真实的光照效果。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，包括以下步骤：
对场景进行预渲染，并构建用于存储场景颜色的第一体积纹理；
计算所述第一体积纹理的各像素格子的光照信息，并将其存储到用于记录场景最终全局光照信息的第二体积纹理；
计算场景的全局光照信息并且渲染到全局光照图，并使用所述全局光照图对场景进行光照叠加；
使用叠加后的所述光照图对场景进行光照计算。
2.根据权利要求1所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述对场景进行预渲染，并构建用于存储场景颜色的第一体积纹理的步骤，进一步包括：
从灯光的视角对游戏场景进行预渲染，获得当前场景颜色缓冲、法线缓冲和深度缓冲三个渲染目标；
利用所述当前场景颜色缓冲、法线缓冲和深度缓冲构建用于存储场景颜色的第一体积纹理。
3.根据权利要求1所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述计算所述第一体积纹理的各像素格子的光照信息，并将其存储到用于记录场景最终全局光照信息的第二体积纹理的步骤，进一步包括：
确定当前点在所述第一体积纹理空间的坐标；
计算当前点的颜色值并将其存储在所述第一体积纹理中相应的坐标位置；
对于第一体积纹理中的每个像素格子，计算出周围所有像素格子的所有面对这个像素格子影响的权重；
根据每个面的颜色与权重对每个像素格子进行光照计算，并将结果存储在所述第二体积纹理中。
4.根据权利要求3所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述确定当前点在所述第一体积纹理空间的坐标的步骤，进一步包括：
根据所述深度缓冲里的深度信息及屏幕空间的坐标确定当前点在所述第一体积纹理空间里的坐标。
5.根据权利要求3所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述计算当前点的颜色值并将其存储在所述第一体积纹理中相应的坐标位置的步骤，进一步包括：
在所述颜色缓冲和所述法线缓冲中获取当前点的颜色信息和法线信息；
根据所述法线信息计算球谐系数；
通过在每个颜色值通道乘上相应的所述球谐系数来得到球谐变换后的颜色值；
将所述球谐变换后的颜色值存储在所述第一体积纹理相应的坐标位置。
6.根据权利要求3所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述对于第一体积纹理中的每个像素格子，计算出周围所有像素格子的所有面对这个像素格子影响的权重的步骤，进一步包括：
将所述像素格子设为正方形格子；
根据所述像素格子与周围每个像素格子每个面的距离和方向信息，计算每个面对所述像素格子影响的权重。
7.根据权利要求1所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述计算场景的全局光照信息并且渲染到全局光照图，并使用所述全局光照图对场景进行光照叠加的步骤，进一步包括：
使用直接光照对场景进行照明计算；
根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图。
8.根据权利要求7所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述使用直接光照对场景进行照明计算的步骤，进一步包括：
从摄像机空间使用直接光照对场景进行常规的照明计算，并环境光强度设为零。
9.根据权利要求7所述的基于光能传播的实时全局光照方法，其特征在于，所述根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图的步骤，进一步包括：
根据当前场景深度图以及所述第二体积纹理，计算当前场景的所述全局光照信息并渲染到所述全局光照图；
将当前场景点的坐标变换成所述第二体积纹理的坐标空间里；
通过使用变换后的坐标对所述第二体积纹理进行采样来获得当前点的颜色值，并将所获得的颜色值存储到全局光照图。
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