CN117523070A - 一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法和系统，首先依据渲染参数和构建光线追踪加速结构，并获取待渲染场景中几何体的交互状态信息；然后应用光线追踪算法依据渲染参数对待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；在对降噪处理后的渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；最后对合并了每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像。由于对待渲染场景中的几何体构建了光线追踪加速结构，以用于在光纤追踪过程中对几何体的快速定位、访问和检索，不但可以降低光线追踪计算对硬件的需求，还能大大提高了光线追踪渲染的效率。

Description

一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法和系统

技术领域

本申请涉及计算机图形处理技术领域，具体涉及一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法和系统。

背景技术

渲染是在电脑绘图时，通过软件将模型生成图像的过程。模型是用语言或者数据结构进行严格定义的三维物体或虚拟场景的描述，它包括几何，视点，纹理，照明和阴影等信息。图像是数字图像或者位图图像，渲染用于通过计算机视频编辑软件中的效果来生成最终视频的输出过程。渲染是三维计算机图形学中的重要的研究课题之一，并且在实践领域与其他技术密切相关，在图形流水线中，渲染是最后一项重要步骤，通过它得到模型与动画的最后显示效果。现在已经有各种不同的渲染工具产品，有些集成到更大的建模或者动画中，有些是独立产品，有些是开源的产品，从内部来看，渲染工具是根据各种学科理论，经过仔细设计的程序，其中包括光学、视觉感知、数字以及软件开发等。

三维计算机图像预渲染或者实时渲染的速度都非常慢。预渲染的计算强度很大，需要大量的服务器运算完成，通常被用于电影制作；实时渲染常用于三维视频游戏，通常透过图形处理器（GPU）完成这个过程。一般计算机渲染流程管线设计主要是基于光栅化技术是将图像分解为一系列像素，然后在计算机屏幕上逐个绘制这些像素，从而形成连续的图像。在此过程中，计算机会对每个像素进行颜色填充，并进行深度排序和遮挡消除等处理，以确保图像的逼真度和清晰度。然而光栅化技术有如下缺点：

1）渲染效率低下：光栅化需要对每个像素进行颜色填充和深度排序等处理，这些操作的计算量非常大，因此光栅化的渲染效率相对较低。在处理复杂场景和高分辨率图像时，光栅化的速度会变得非常缓慢，可能导致卡顿或延迟等问题。

2）细节表现不足：光栅化无法完美地表现一些细节和特殊效果，例如细微的纹理、复杂的阴影和反射等。这些细节需要通过其他图像处理技术来实现，例如纹理映射、阴影映射等，这会增加图像渲染的复杂度和计算量。

3）内存消耗较大：光栅化需要将图像分解为大量的像素，并在内存中存储和处理这些像素的数据。这会占用大量的内存空间，尤其是在处理高分辨率图像时，内存消耗会更加明显。

4）难以实现物理精确模拟：光栅化主要关注于图像的外观和视觉效果，而难以实现物理精确的模拟。例如，在光栅化过程中，很难考虑到物体的物理属性，如材料、重量等因素对图像的影响。

现阶段，如何随着计算机硬件性能的提升和图像处理技术的发展，设计和研发新的计算机图形渲染技术是计算机图形处理技术领域的主要研究方向。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提高计算机渲染效率和渲染效果。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法, 包括：

获取渲染参数；所述渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量；

构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息；所述光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个所述层级之间的父子关系，所述加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试；

获取所述待渲染场景中每个所述几何体的交互状态信息；所述交互状态信息用于表示所述几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息；

应用光线追踪算法依据所述渲染参数对所述待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；每种所述渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息；所述相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，所述相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，所述透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数；所述渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数；所述模型几何信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的顶点坐标和/或法线参数；所述模型矩阵信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的位移、旋转和/或缩放信息；所述材质贴图信息包括每个所述几何体的材质和贴图数据；

对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理；

依据预设的视觉特效调整参数对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；

将每种所述光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据；

依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。

一实施例中，所述光线追踪加速结构包括顶层加速层、底层加速层、几何加速层和图元加速层；

所述顶层加速层包括至少一个顶层加速结构，所述底层加速层包括底层加速结构，每个所述底层加速结构是所述顶层加速层中一个所述顶层加速结构的子集；

所述图元加速层包括图元结构，所述图元结构是所述底层加速层中一个所述底层加速结构的子集；

所述几何加速层包括几何结构，所述几何结构是所述底层加速层中一个所述底层加速结构的子集；

所述加速结构信息用于标记所述待渲染场景中每个所述几何体与所述光线追踪加速结构的对应关系，以用于在应用所述光线追踪算法对所述待渲染场景进行渲染时，依据所述加速结构信息对待渲染的所述几何体进行快速地定位、访问和/或检索。

一实施例中，所述构建光线追踪加速结构包括：

当所述待渲染场景中的所述几何体发生变化时，重新构建光线追踪加速结构，并获取更新后的所述加速结构信息；所述几何体发生变化包括几何体位置、数量和/或种类的变化。

一实施例中，所述光源纹理的种类包括直接光纹理、间接光纹理、环境光纹理、阴影纹理、深度纹理、法线和材质纹理和/或运动纹理；所述直接光纹理是指从光源直接到达几何体表面的光线；所述间接光纹理是指经过多次反射和折射计算得到的光线；所述环境光纹理是指对所述待渲染场景进行照明的光线；所述阴影纹理是指由于光线被遮挡物阻挡而形成的暗区或阴影区域；所述深度纹理是指对于每条光线从光源到所述几何体表面的距离；所述法线和材质纹理是用于确定所述几何体曲线或表面的切线方向；所述运动纹理用于记录所述几何体任意点在相邻两帧渲染图像的位置变化信息。

一实施例中，所述对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理，包括：

通过预设的降噪算法分别对所述直接光纹理、间接光纹理和阴影纹理的渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理。

一实施例中，所述视觉特效调整参数包括灰度处理、底板效果、马赛克、毛玻璃效果、图像融合、图片映射、边缘检测和/或浮雕效果。

一实施例中，所述依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样以获取渲染结果图像，包括：

应用预设的深度学习算法通过已获取的连续帧渲染结果图像获取新一帧的渲染结果图像，以提高渲染效率。

一实施例中，所述依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样以获取渲染结果图像，包括：

当预设显示参数的图像分辨率与所述渲染纹理图像数据的分辨率不相同时，应用插值算法、子采样算法或双线性插值算法对所述渲染纹理图像数据进行采样，以防止因尺寸拉伸使所述渲染结果图像变形。

根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现第一方面所述的方法。

根据第三方面，一种实施例中提供一种基于光线追踪的计算机图形渲染系统，用于应用如第一方面所述的计算机图形渲染方法，所述计算机图形渲染系统包括：

参数获取模块，用于获取渲染参数；所述渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量；

加速结构建模块，用于构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息；所述光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个所述层级之间的父子关系，所述加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试；

交互状态获取模块，用于获取所述待渲染场景中每个所述几何体的交互状态信息；所述交互状态信息用于表示所述几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息；

渲染模块，用于应用光线追踪算法依据所述渲染参数对所述待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；每种所述渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息；所述相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，所述相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，所述透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数；所述渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数；所述模型几何信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的顶点坐标和/或法线参数；所述模型矩阵信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的位移、旋转和/或缩放信息；所述材质贴图信息包括每个所述几何体的材质和贴图数据；

降噪模块，用于对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理；

后处理模块，用于依据预设的视觉特效调整参数对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；

图像获取模块，用于将每种所述光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据；

图像输出模块，用于依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。

依据上述实施例的计算机图形渲染方法，完全基于光线追踪算法原理设计的渲染管线流程，发挥光线追踪算法的优势，突破传统光栅化渲染流程的限制。

附图说明

图1为光线追踪技术的原理示意图；

图2为一种实施例中计算机图形渲染方法的流程示意图；

图3为一种实施例中光线追踪加速结构的结构示意图；

图4为一种实施例中计算机图形渲染系统的结构框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

光线追踪是模拟光源在现实生活中如何反应的方法。它追踪光线到达物体的路径，逼真地模拟光线如何反射回来以创建准确的反射、折射、阴影和间接照明。请参考图1，为光线追踪技术的原理示意图，具体包括：

1.对每个象素发出一光线V，与场景求得交点P；

2.计算P点处沿V的直接光照分量Ic；

3.求V的反射方向r，与场景中其他物体求交点Pr；

4.求交点处沿r方向的反射光强Is；

5.求V的折射方向t，与场景中其他物体求交点Pt；

6.求交点处沿t方向的反射光强It；

7.应用公式I＝Ic＋ks·Is＋kt·It，计算P点处的总光强。

现有技术中，光线追踪通常指一种框架，是与光栅化渲染并列使用，能够解决光栅化导致的全局信息丢失和全局效果精度实现的瓶颈。如图1所示，从相机出发，对于每个像素点投射光线，与场景中第一个物体相交，在交点处根据物体性质，光源属性和光照模型等计算这个交点的颜色。然后在焦点处，继续变绿发生反射折射的光线，依次进行，直到光线到达光源或逸出场景光线追踪，将场景的渲染任务拆解。光线之间是并行的可以获取一个场景全局信息。

在本申请实施例中，通过完全基于光线追踪算法原理对渲染管线流程和架构重新设计，进而提高场景渲染的效率、逼真度和精确度。

实施例一：

请参考图2，为一种实施例中计算机图形渲染方法的流程示意图，该计算机图形渲染方法是基于光线追踪的算法和原理，具体包括：

步骤101，获取渲染参数。

渲染的每一帧图像，可以理解为相机对三维模型在场景中的显示变化进行获取，显示终端的显示内容（例如显示尺寸和显示内容）也对渲染参数有限定作用，因此渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量。相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数。渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数。

步骤102，获取加速结构信息。

构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息。光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个层级之间的父子关系，加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试。

一实施例中，光线追踪加速结构包括顶层加速层、底层加速层、几何加速层和图元加速层。顶层加速层包括至少一个顶层加速结构，底层加速层包括底层加速结构，每个底层加速结构是顶层加速层中一个顶层加速结构的子集。图元加速层包括图元结构，图元结构是底层加速层中一个底层加速结构的子集。几何加速层包括几何结构，几何结构是底层加速层中一个底层加速结构的子集。加速结构信息用于标记待渲染场景中每个几何体与光线追踪加速结构的对应关系，以用于在应用光线追踪算法对待渲染场景进行渲染时，依据加速结构信息对待渲染的几何体进行快速地定位、访问和/或检索。

一实施例中，当待渲染场景中的几何体不发生变化时，只需要构建一次。而当待渲染场景中的几何体发生变化时，重新构建光线追踪加速结构，并获取更新后的加速结构信息，其中，几何体发生变化包括几何体位置、数量和/或种类的变化。一实施例中，顶层加速层是依据底层加速层构建的，即先构建底层加速层，再构建顶层加速层。

请参考图3，为一种实施例中光线追踪加速结构的结构示意图，可以将光线追踪加速结构表示为一个表示模型对象结构关系的组织，模型数据来源于读取原始待渲染场景中几何体的模型文件数据，并依此构建成具有层次结构的对象组织。底层加速结构用来描述待渲染场景中的几何元素的集合，通常包括体、面、环、边、顶点等元素，可以用来描述物体的形状、大小、位置等特征。每个底层加速结构同时可以包括多个几何结构和多个图元结构的组合。几何机构和图元结构附属底层加速结构的一部分，组合成完整的底层加速结构。数据缓冲对象是存储模型网格对象所需的几何信息，包括顶点，法线，索引等信息。模型网格对象，能够使用数据缓冲对象中的信息描述模型几何特征的信息，包括各数据缓冲区中数据读取的起点位置和尺寸。一实施例中，光线追踪加速结构包括多个顶层加速结构，每个顶层加速结构也与多个底层加速结构建立父子集关系。

通过建立的光线追踪加速结构来用于光线追踪运算时的加速和可见性测试，其具有通用性、高效性和相关性。其中，通用性是指构建的加速结构能够普遍适用于光线追踪渲染场景，高效性是指比常规加速结构构建时间提高10倍以上，内存占用率也显著降低，相关性是指加速结构对象和模型管理对象建立关系，有助于后续的应用扩展。

步骤103，获取交互状态信息。

获取待渲染场景中每个几何体的交互状态信息。交互状态信息用于表示几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息。

步骤104，进行渲染。

应用光线追踪算法依据渲染参数对待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据。每种渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息。相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，所述透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数。渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数。模型几何信息包括待渲染场景中每个几何体的顶点坐标和/或法线参数。模型矩阵信息包括待渲染场景中每个几何体的位移、旋转和/或缩放信息。材质贴图信息包括每个几何体的材质和贴图数据。一实施例中，光源纹理的种类包括直接光纹理、间接光纹理、环境光纹理、阴影纹理、深度纹理、法线和材质纹理和/或运动纹理。直接光纹理是指从光源直接到达几何体表面的光线。间接光纹理是指经过多次反射和折射计算得到的光线。环境光纹理是指对所述待渲染场景进行照明的光线。阴影纹理是指由于光线被遮挡物阻挡而形成的暗区或阴影区域。深度纹理是指对于每条光线从光源到所述几何体表面的距离。法线和材质纹理是用于确定几何体曲线或表面的切线方向。运动纹理用于记录几何体任意点在相邻两帧渲染图像的位置变化信息。

步骤105，降噪处理。

对每个渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理。一实施例中，通过预设的降噪算法分别对直接光纹理、间接光纹理和阴影纹理的渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理。

步骤106，图像后处理。

依据预设的视觉特效调整参数对每个渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正。其中，视觉特效调整参数包括灰度处理、底板效果、马赛克、毛玻璃效果、图像融合、图片映射、边缘检测和/或浮雕效果。

步骤107，图像合成。

将每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据。

步骤108，输出渲染结果。

依据预设显示参数对渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。当预设显示参数的图像分辨率与渲染纹理图像数据的分辨率不相同时，应用插值算法、子采样算法或双线性插值算法对渲染纹理图像数据进行采样，以防止因尺寸拉伸使所述渲染结果图像变形。为了产生适配终端分辨率的显示图像，采用预设的采样算法处理，使得图像不会因为尺寸拉伸而失真，从而降低了渲染计算量，例如，尺寸为1920*1080渲染图像通过该过程可以生成3840*2160的显示图像。

一实施例中，应用预设的深度学习算法通过已获取的连续帧渲染结果图像获取新一帧的渲染结果图像，以提高渲染效率。

本申请一实施例中公开的计算机图形渲染方法，完全基于光线追踪算法原理设计的渲染管线流程，发挥光线追踪算法的优势，突破传统光栅化渲染流程的限制，从而让基于该架构下设计出来的引擎具有如下特点：

1.高逼真度。

光线追踪通过模拟光线在场景中的传播路径来计算图像的像素颜色，可以非常逼真地模拟真实世界中的光照效果。

2.无需预处理。

与传统的图像渲染技术不同，光线追踪不需要预先对场景进行光照预计算或纹理映射等操作。它可以直接从相机位置出发，通过追踪光线来生成图像，因此可以更好地处理复杂的场景和光照效果。

3.可实现动态效果。

由于光线追踪可以实时计算图像的像素颜色，因此可以实现动态效果，如动态阴影、动态反射等。这些动态效果可以提高场景的真实感和交互性，使得用户可以更加沉浸在虚拟场景中。

4.可扩展性强。

光线追踪技术可以通过多光源和多镜头等扩展方式来增加场景的复杂度和效果。这种可扩展性使得光线追踪在处理大型场景和复杂视觉效果时具有较大的优势。

5.可与物理模型结合。

光线追踪技术可以与物理模型相结合，通过考虑物体的物理属性（如材料、重量等）来模拟真实世界中的物理现象。这种结合使得光线追踪在渲染真实感图像的同时，还可以支持物理精确的模拟，如物体碰撞、重力效应等。

请参考图4，为一种实施例中计算机图形渲染系统的结构框图，本申请一实施例中还公开了一种基于光线追踪的计算机图形渲染系统，用于应用如上所述的计算机图形渲染方法，该计算机图形渲染系统包括参数获取模块10、加速结构建模块20、交互状态获取模块30、渲染模块40、降噪模块50、后处理模块60、图像获取模块70和图像输出模块80。参数获取模块10用于获取渲染参数，渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量。加速结构建模块20用于构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息。光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个所述层级之间的父子关系，加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试。交互状态获取模块30用于获取待渲染场景中每个几何体的交互状态信息，交互状态信息用于表示几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息。渲染模块40用于应用光线追踪算法依据渲染参数对待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据。每种渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息。相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数。渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数。模型几何信息包括待渲染场景中每个几何体的顶点坐标和/或法线参数。模型矩阵信息包括待渲染场景中每个几何体的位移、旋转和/或缩放信息。材质贴图信息包括每个几何体的材质和贴图数据。降噪模块50用于对每个渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理。后处理模块60用于依据预设的视觉特效调整参数对每个渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正。图像获取模块70用于将每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据。图像输出模块80用于依据预设显示参数对渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。

本申请实施例中公开的计算机图形渲染方法，首先依据渲染参数和构建光线追踪加速结构，并获取待渲染场景中几何体的交互状态信息；然后应用光线追踪算法依据渲染参数对待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；在对降噪处理后的渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；最后对合并了每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像。由于对待渲染场景中的几何体构建了光线追踪加速结构，以用于在光纤追踪过程中对几何体的快速定位、访问和检索，不但可以降低光线追踪计算对硬件的需求，还能大大提高了光线追踪渲染的效率。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于光线追踪的计算机图形渲染方法，其特征在于，包括：

获取渲染参数；所述渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量；

构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息；所述光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个所述层级之间的父子关系，所述加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试；

获取所述待渲染场景中每个所述几何体的交互状态信息；所述交互状态信息用于表示所述几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息；

应用光线追踪算法依据所述渲染参数对所述待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；每种所述渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息；所述相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，所述相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，所述透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数；所述渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数；所述模型几何信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的顶点坐标和/或法线参数；所述模型矩阵信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的位移、旋转和/或缩放信息；所述材质贴图信息包括每个所述几何体的材质和贴图数据；

对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理；

依据预设的视觉特效调整参数对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；

将每种所述光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据；

依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。

2.如权利要求1所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述光线追踪加速结构包括顶层加速层、底层加速层、几何加速层和图元加速层；

所述顶层加速层包括至少一个顶层加速结构，所述底层加速层包括底层加速结构，每个所述底层加速结构是所述顶层加速层中一个所述顶层加速结构的子集；

所述图元加速层包括图元结构，所述图元结构是所述底层加速层中一个所述底层加速结构的子集；

所述几何加速层包括几何结构，所述几何结构是所述底层加速层中一个所述底层加速结构的子集；

所述加速结构信息用于标记所述待渲染场景中每个所述几何体与所述光线追踪加速结构的对应关系，以用于在应用所述光线追踪算法对所述待渲染场景进行渲染时，依据所述加速结构信息对待渲染的所述几何体进行快速地定位、访问和/或检索。

3.如权利要求2所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述构建光线追踪加速结构包括：

当所述待渲染场景中的所述几何体发生变化时，重新构建光线追踪加速结构，并获取更新后的所述加速结构信息；所述几何体发生变化包括几何体位置、数量和/或种类的变化。

4.如权利要求1所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述光源纹理的种类包括直接光纹理、间接光纹理、环境光纹理、阴影纹理、深度纹理、法线和材质纹理和/或运动纹理；所述直接光纹理是指从光源直接到达几何体表面的光线；所述间接光纹理是指经过多次反射和折射计算得到的光线；所述环境光纹理是指对所述待渲染场景进行照明的光线；所述阴影纹理是指由于光线被遮挡物阻挡而形成的暗区或阴影区域；所述深度纹理是指对于每条光线从光源到所述几何体表面的距离；所述法线和材质纹理是用于确定所述几何体曲线或表面的切线方向；所述运动纹理用于记录所述几何体任意点在相邻两帧渲染图像的位置变化信息。

5.如权利要求4所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理，包括：

通过预设的降噪算法分别对所述直接光纹理、间接光纹理和阴影纹理的渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理。

6.如权利要求1所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述视觉特效调整参数包括灰度处理、底板效果、马赛克、毛玻璃效果、图像融合、图片映射、边缘检测和/或浮雕效果。

7.如权利要求1所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样以获取渲染结果图像，包括：

应用预设的深度学习算法通过已获取的连续帧渲染结果图像获取新一帧的渲染结果图像，以提高渲染效率。

8.如权利要求1所述的计算机图形渲染方法，其特征在于，所述依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样以获取渲染结果图像，包括：

当预设显示参数的图像分辨率与所述渲染纹理图像数据的分辨率不相同时，应用插值算法、子采样算法或双线性插值算法对所述渲染纹理图像数据进行采样，以防止因尺寸拉伸使所述渲染结果图像变形。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述的计算机图形渲染方法。

10.一种基于光线追踪的计算机图形渲染系统，其特征在于，用于应用如权利要求1-8中任一项所述的计算机图形渲染方法，所述计算机图形渲染系统包括：

参数获取模块，用于获取渲染参数；所述渲染参数包括用于光线追踪的相机变量和渲染变量；

加速结构建模块，用于构建光线追踪加速结构，以获取加速结构信息；所述光线追踪加速结构是将待渲染场景中的几何体划分为不同的层级，并维护各个所述层级之间的父子关系，所述加速结构信息用于加速光线追踪和/或用于光线追踪可见性的测试；

交互状态获取模块，用于获取所述待渲染场景中每个所述几何体的交互状态信息；所述交互状态信息用于表示所述几何体的点选、隐藏、虚化和/或高亮状态信息；

渲染模块，用于应用光线追踪算法依据所述渲染参数对所述待渲染场景进行渲染，以生成对应每种光源纹理的渲染缓存纹理图像数据；每种所述渲染缓存纹理图像数据包括相机变量、渲染变量、模型几何信息、模型矩阵信息、材质贴图信息和/或加速结构信息；所述相机变量包括相机变换矩阵、透视矩阵、镜头孔半径和/或焦距参数，所述相机变换矩阵包括相机的位移、旋转和缩放参数，所述透视矩阵用于表示相机在二维屏幕上的投影方式、镜头孔半径和/或焦距参数；所述渲染参数包括渲染位置、渲染尺寸、阴影光线偏移量和/或最大光线反弹次数；所述模型几何信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的顶点坐标和/或法线参数；所述模型矩阵信息包括所述待渲染场景中每个所述几何体的位移、旋转和/或缩放信息；所述材质贴图信息包括每个所述几何体的材质和贴图数据；

降噪模块，用于对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行降噪处理；

后处理模块，用于依据预设的视觉特效调整参数对每个所述渲染缓存纹理图像数据进行调色、裁剪和/或矫正；

图像获取模块，用于将每种所述光源纹理的渲染缓存纹理图像数据进行合并，以获取渲染纹理图像数据；

图像输出模块，用于依据预设显示参数对所述渲染纹理图像数据进行采样，以获取渲染结果图像，并作为渲染结果输出。