【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池供电的计算设备的实时、基于软件的混合光线追踪
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求基于2020年9月13日提交的题为“METHOD for PHOTOREALISTIC REFLECTIONS in NON
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PLANAR REFLECTIVE SURFACES(用于非平面反射表面中的照片真实感反射的方法)”的美国申请第17/019,272号和于2020年8月20日提交的美国临时申请第63/067,881号的优先权，该美国申请第17/019,272号是于2020年5月15日提交的题为“CREATING COHERENT SECONDARY RAYS FOR REFLECTIONS IN HYBRID RAY TRACING(为混合光线追踪中的反射创建相干的次生光线)”的美国申请第16/874,705号的延续，该美国申请第16/874,705号是于2020年4月9日提交的题为“METHOD FOR CONSTRUCTING and TRAVERSING ACCELERATING STRUCTURES(用于构建和遍历加速结构的方法)”的美国申请第16/844,681号的延续，该美国申请第16/844,681号要求于2020年1月4日提交的美国临时申请第62/957,157号的优先权，上述三个美国申请和两个美国临时申请通过引用全部并入本文。
[0003]本申请涉及于2019年10月24日提交的、于2020年2月20日以US 2020/0058155公布的题为：“Method for Non>‑
Planar Specular Reflections in Hybrid Ray Tracing(用于混合光线追踪中的非平面镜面反射的方法)”的美国申请第16/662,657号，该美国申请第16/662,657号教导了用于非平面镜面反射的实时混合光线追踪方法。非平面表面的高复杂度降低到多个小的平面表面的低复杂度。利用了三角形包括非平面表面的构建块的平面性质。从给定的表面三角形朝向对象三角形反弹的所有次生光线保持彼此接近的方向。通过这种接近性以及通过将次生光线与初生光线解耦来实现对次生光线的集合式控制。结果是次生光线的高相干性。US 2020/0058155在此通过引用并入本文。
[0004]本专利技术涉及为视频游戏、VR、AR等中的高级视觉质量在混合光线追踪中从非平面表面生成照片真实感实时反射。
技术介绍
[0005]光线追踪是能够产生比典型光栅方法的视觉真实感高的高度的视觉真实感但是计算成本大的计算机图形技术。光线追踪由于其下述能力而优于光栅图形：模拟各种光学效果，诸如光泽度、镜面反射、辐射度、反射和折射、散射、软阴影等。当非常接近或完全实现渲染方程时会出现真正的照片真实感。实现渲染方程给予了真正的照片真实感，因为该方程描述了光流的每种物理效果。然而，这取决于可用的计算资源。路径追踪——也被称为蒙特卡洛光线追踪——是物理上正确的光线追踪。路径追踪给予了对真实世界光的准确模拟。传统的光线追踪器[Kajiya,J.T.1986.The rendering equation.In Proc.SIGGRAPH]射出光线穿过每个像素，根据相交对象的反射率分布随机地散射并且递归地继续，直至射中光源。针对图像空间中的任何给定像素的重复采样将最终使样本的平均值收敛至渲染方程的正确解，从而使其成为现有的物理上最准确的3D图形渲染方法之一。现有技术的光线
追踪是计算上最复杂的应用之一。因此，现有技术的光线追踪最适合于其中可以例如以静止图像和电影或电视视觉效果提前缓慢地渲染图像的应用，而不适合于其中实时动画至关重要的实时动画化增强现实应用。
[0006]混合光线追踪(与光栅渲染交错的光线追踪)是基于光栅渲染计算初生光线碰撞的延迟渲染处理，而次生光线使用光线追踪方法来获得阴影效果、反射效果和折射效果。这种方法极大地提高了光线追踪性能，这不仅因为避免了许多不必要的传统的光线追踪任务，而且还因为即使没有足够的时间来完成所有视觉效果的计算也可以在要求的时间内获得完整的图像。这种特征在实时至关重要的视频游戏、VR和AR中是有价值的，因此为了性能可能使质量折衷。
[0007]混合实时光栅和光线追踪器渲染器的构思并不是新出现的。Beck等人[Beck et al[Beck,S.,c.Bernstein,A.,Danch,D.,Frohlich,B.:CPU
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GPU hybrid real time ray tracing framework(2005)]提出了CPU
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GPU实时光线追踪框架。Beck提出将传统的光线追踪的阶段分散到针对GPU和CPU的独立任务中。这些渲染任务可以汇总为三个GPU渲染通路(render pass)：阴影图生成通路、几何识别通路和模糊通路。
[0008]Bikker[Bikker,J.:Real
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time ray tracing through the eyes of a game developer.In:Proceedings of the 2007 IEEE Symposium on Interactive Ray Tracing,Washington,DC,USA,IEEE Computer Society(2007)]开发了被称为Brigade的实时路径追踪器，该追踪器能够在GPU的可用核和CPU的可用核两者上无缝地划分渲染任务。Brigade旨在制作使用路径追踪作为主要渲染算法的概念验证游戏。
[0009]Pawel Bak[Bak,P.:Real time ray tracing.Master's thesis,IMM,DTU(2010)]使用DirectX 11和HLSL实现了实时光线追踪器。与Beck的工作类似，Pawel Bak的方法也使用光栅化，以实现针对初生射中的可能的最佳性能。
[0010]Chen[Chen,C.C.,Liu,D.S.M.:Use of hardware z
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buffered rasterization to accelerate ray tracing.In:Proceedings of the 2007 ACM symposium on Applied computing.SAC'07,New York,NY,USA,ACM(2007)1046
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1050]提出了混合GPU/CPU光线追踪器渲染器，其中在确定初生光线相交的同时执行Z缓冲光栅化以确定可视的三角形。CPU回读数据，以追踪次生光线。
[0011]Sabino等人[Thales Sabino,Paulo Andrade,Esteban Gonzales Clua,Anselmo Montenegro,Paulo Pagliosa,A Hybrid GPU Rasterized and Ray Traced Rendering P本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过相干次生光线来生成非平面反射的混合光线追踪方法，所述方法包括：a)在非平面表面的每个三角形处：创建具有共同原点和相互接近的终点的一组次生光线；将所述一组次生光线射出在场景的对象上；以及遍历加速结构以与所述场景的对象进行相交测试。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在场景的对象空间中远离图像创建所述次生光线。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在场景的对象空间中远离图像对所述次生光线进行处理。4.根据权利要求3所述的方法，其中，在对象空间中对次生光线进行处理使得能够示出落在图像的视口之外的对象的反射。5.根据权利要求1所述的方法，其中，独立于初生光线创建所述次生光线。6.根据权利要求5所述的方法，其中，将次生光线的结果数据与初生光线的数据进行合并。7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述次生光线的相干性来实现所述次生光线的分组。8.一种用于非平面反射的混合光线追踪的基于计算机的方法，所述非平面反射由在场景的几何对象处射出的相干次生光线创建，其中，将次生光线与初生光线解耦，所述方法包括：a)独立于初生光线，识别场景中的非平面反射表面以反射多个几何对象；b)识别所述场景中的所述多个几何对象；以及c)在所述反射表面的每个三角形处：创建指向所述几何对象的截头锥体；生成次生光线的分组，所述次生光线的分组由所述截头锥体界定并且从所述三角形朝向所述几何对象射出；以及以相干光线组的方式遍历加速结构中的所述次生光线。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述次生光线包括相干光线分组。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述截头锥体具有独立于图像的基于所述场景的几何对象的反射表面的三角形金字塔的形状。11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述截头锥体从所述场景的几何对象的反射表面朝向发射几何对象的网格射出以探索可视性。12.根据权利要求8所述的方法，其中，遍历加速结构由于从所述非平面反射表面的三角形进行的初步可视性测试而具有提高的效率。13.根据权利要求8所述的方法，其中，从所述反射表面的每个三角形射出的、遍历所述加速结构的所有次生光线具有一个共同原点和相互接近的终点。14.根据权利要求13所述的方法，其中，从非平面表面射出的次生光线的所述共同原点和所述次生光线的相互接近的终点使所述光线相干。15.根据权利要求14所述的方法，其中，由于以集合方式创建所述次生光线而获得所述
次生光线的相干性，从而允许以分组的方式对所述次生光线进行处理。16.根据权利要求8所述的混合光线追踪方法，其中，所述次生光线的射出独立于由初生光线生成的图像完成。17.根据权利要求8所述的方法，其中，所述次生光线独立于光栅化图像来创建和处理，同时将所述次生光线的结果数据与所述图像进行合并。18.根据权利要求17所述的方法，其中，独立于所述光栅化图像处理次生光线的方式也适用于较高阶的光线。19.根据权利要求8所述的方法，其中，通过相干光线遍历所述加速结构使得能够消除对所述加速结构的重建，从而由针对动态加速结构的局部更新来代替所述重建。20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述加速结构的局部更新使得能够进行对所述场景中每个对象或每个对象的一部分的快速动画。21.根据权利要求8所述的方法，其中，所述次生光线的相干性使得能够高度并行地遍历过所述动态加速结构的层次结构。22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述次生光线的相干性实现GPU的高利用率。23.根据权利要求8所述的方法，其中，通过预先消除非平面反射表面的大部分负测试来提高所述动态加速结构中的相交测试的效率。24.根据权利要求8所述的方法，其中，通过消除大部分负测试的初步可视性测试来提高所述动态加速结构中的相交测试的效率。25.根据权利要求8所述的方法，其中，特别地针对影响所述非平面反射表面的三角形网格搜索所述加速结构。26.根据权利要求8所述的方法，其中，所述相交测试仅在所述目标发射器对象的可视部分上完成。27.一种用于为每个对象构建和遍历分离层次结构的动态加速结构以进行混合光线追踪的基于计算机的方法，所述方法包括：a)识别场景中的多个几何对象；b)在所述动态加速结构中为每个几何对象建立分离网格层次结构，使得每个网格层次结构中的后续级别包括前一级别的网格的子网格，其中，网格和子网格由边界框界定；c)在每个分离网格层次结构的底部处建立至少一个三角形级别；d)使用几何体遍历每个分离网格层次结构的级别，以与其边界框进行相交测试；以及e)使用次生光线遍历每个分离网格层次结构的所述至少一个三角形级别，以进行与三角形的相交测试。28.根据权利要求27所述的方法，其中，对象网格层次结构之间的分离允许局部处理每个对象。29.根据权利要求27所述的方法，其中，对几何体的遍历使用分离网格层次结构减少了所述相交测试的数量。30.根据权利要求27所述的方法，其中，将每个场景对象保持为分离网格层次结构以进行快速局部更新使得能够进行动态蒙皮动画。31.根据权利要求27所述的方法，其中，使用所述分离网格层次结构的动态加速结构来生成所述几何对象在非平面表面中的反射。
32.根据权利要求27所述的方法，其中，从所述非平面表面的三角形中生成所述次生光线。33.根据权利要求27所述的方法，其中，所述几何体从所述非平面表面的三角形中投影以与所述分离网格层次结构相交。34.根据权利要求27所述的方法，其中，所述网格层次结构的分离使得能够对每个对象网格层次结构进行局部更新和自主更新。35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述自主更新允许对每个对象的局部处理，而不会影响所述对象的相邻对象或整体结构的网格层次结构。36.根据权利要求35所述的方法，其中，每个对象的独立移动使得能够进行实时蒙皮动画。37.根据权利要求27所述的方法，其中，对象网格层次结构的分离使得能够以单个对象的分辨率进行局部化更新。38.根据权利要求27所述的方法，其中，所述光线可以为次生的或较高阶的。39.根据权利要求27所述的方法，其中，对所述动态加速结构的网格级别进行遍历以进行可视性测试。40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述可视性测试消除了大部分的负光线三角形相交测试。41.根据权利要求27所述的方法，其中，所述网格级别的遍历是进行单个光线与所述至少一个三角形级别的相交测试的早期步骤。42.一种用于非平面反射表面中的照片真实感反射的基于计算机的方法，所述方法包括：a)识别场景中的多个几何对象；b)为每个几何对象构建具有分离层次结构的加速结构；c)识别所述场景中的非平面反射表面以反射所述多个几何对象或所述多个几何对象的一部分；以及d)在所述反射表面的每个三角形处：创建指向所述几何对象或所述几何对象的一部分的截头锥体；使用所述截头锥体遍历所述加速结构或所述加速结构的一部分；生成次生光线，所述次生光线由所述截头锥体界定并且在所述几何对象处射出；使用次生光线遍历所述加速结构的一部分并且针对光值对所述相交的三角形进行采样；将由次生光线采样的所述光值与它们各自的初生光线样本进行合并，以重建照片真实感反射；以及将合并的结果传递至所述屏幕的图像像...
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