一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及光线追踪技术领域，公开了一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法及系统，该光线处理方法，基于网格类型将像素平面划分为若干像素区域，以同一像素区域内或多个合并的像素区域内生成的随机射线为并行单元，并行计算网格混合场景的光线追踪。本发明专利技术解决了现有技术存在的忽略了对次级任务的并行优化、计算效率仍然比较低等问题。计算效率仍然比较低等问题。计算效率仍然比较低等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法及系统


[0001]本专利技术涉及光线追踪
，具体是一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法及系统。

技术介绍

[0002]面/体网格混合场景光线追踪是对同时存在面/体网格的三维场景进行光线追踪的技术。由于在图像数值仿真计算中，根据模型所刻画的物体本身的物理特征可以分别地采用面网格和体网格来模拟。如对一般的静态的物体可以用面网格描述；而对动态的飞机，由于飞机周围的流场的存在，需要用体网格来描述。而对面网格和体网格，单个根光线追踪的计算量往往有很大差异。
[0003]面/体网格混合场景光线追踪是对同时存在面/体网格的三维场景进行光线追踪的技术。与单一的面网格或体网格场景光线追踪相比，面/体网格混合场景光线追踪在对多根光线进行并行处理时，会存在线程间计算量差异很大的情况。由于计算资源分配不均，将降低并行运算的效率。
[0004]现有技术方案如河南师范大学的徐政伟在其硕士论文《基于物理的光线追踪算法并行优化关键技术研究》中，提出了一种基于“子图法”的并行的初级任务划分方法。该方法将采样率为s(光线采样根数)的分辨率为m*n的图像的计算，划分为k张采样率为s/k的分辨率为m*n的子图像的计算；再将k张图作为次级任务，进行并行运算；最终，在得到k张子图后，将所有子图合并得到全采样率的图像；该方法具有计算速度快的优点，但仍然忽略了对次级任务的并行优化。现有技术在这种场景下，计算效率仍然比较低。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法及系统，解决现有技术存在的忽略了对次级任务的并行优化、计算效率仍然比较低等问题。
[0006]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，基于网格类型将像素平面划分为若干像素区域，以同一像素区域内或多个合并的像素区域内生成的随机射线为并行单元，并行计算网格混合场景的光线追踪。
[0008]作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：
[0009]S1，生成像素序列：基于网格类型将像素平面划分为若干像素区域，将每个像素区域转化为对应的像素序列；
[0010]S2，生成随机射线序列：对不同的网格类型设置不同的采样率，将不同的像素序列转化为对应的随机射线序列；
[0011]S3，调整随机射线序列长度：将射线数量＜1000的随机射线序列进行合并；
[0012]S4，计算光线追踪：对每个射线序列计算网格混合场景的光线追踪，获得仿真图
像。
[0013]作为一种优选的技术方案，步骤S1包括以下步骤：
[0014]S11，在探测器局部坐标系W{O|X，Y，Z}中，构造中心射线的方向向量：遍历像素平面上每个像素，构造中心射线的方向向量
[0015]v＝(i
×
Δx+x
corner
+0.5，j
×
Δy+y
coner
+0.5，d)
T
，构造的中心射线的方向向量以原点(0，0，0)为起点，像素(i，j)中心点
[0016]T：(i
×
Δx+x
corner
+0.5，j
×
Δy+y
corer
+0.5，d)为终点；其中，i表示像素平面上像素的行序号，j表示像素平面上像素的列序号，(x
corner
，y
corne，
d)表示像素平面上角点的三维坐标，d为像素平面到探测点的距离，分别Δx为像素(i，j)的长，Δy为像素(i，j)的宽；
[0017]S12，在场景坐标系中，得到中心射线在场景坐标系中的起点S和方向w：
[0018]S＝(x
O
，y
O
，z
O
)，
[0019]w＝(x
w
，y
w
，z
w
)
T
，
[0020]w＝Wv，
[0021][0022]其中，(x
O
，y
O
，z
O
)为中，心射线起点在场景坐标系中的坐标，(x
w
，y
w
，z
w
)为中心射线终在场景坐标系中的坐标。W为探测器局部坐标系转换成场景坐标系的变换矩阵；
[0023]S13，得到场景坐标系下的中心射线起点和方向后，求场景坐标系中与中心射线相交的面元，记录面元所属网格；
[0024]S14，将场景坐标系中网格所属的网格类型分为m类；其中，m≥2且m为整数；
[0025]S15，根据每个网格类型对应的像素数，生成m个像素序列数组，每个像素序列数组分别记录相应的像素(i，j)。
[0026]作为一种优选的技术方案，步骤S15中，若只按体网格和面网格划分网格类型，则m＝2，两个像素序列数组中，其中一个像素序列数组记录中心射线与体网格相交的像素，另一个像素序列数组记录中心射线与面网格相交的像素。
[0027]作为一种优选的技术方案，步骤S2包括以下步骤：
[0028]S21，在探测器局部坐标系W{O|X，Y，Z}中，构造随机射线；
[0029]S22，将随机射线转化到场景坐标系中；
[0030]S23，基于步骤S15生成的m个像素序列数组，对不同的网格类型设置不同的采样率，生成相应的m个射线序列。
[0031]作为一种优选的技术方案，步骤S21中，构造随机射线的方法为：
[0032]以探测器局部坐标系W{O|X，Y，Z}下原点(0，0，0)为起点，像素(i
kl
，j
kl
)上随机点
[0033]TT：(i
kl
×
Δx+x
corner
+x
random
，j
kl
×
Δy+y
corner
+y
random
，d)为终点，构造随机射线的方向向量
[0034]vv＝(i
kl
×
Δx+x
corner
+x
random
，j
kl
×
Δy+y
corner
+y
random
，dd)
T
；
[0035]其中，i
kl
表示第k个像素序列数组中第l个像素的行序号，j
kl
表示第k个像素序列数组中第1个像素的列序号，k表示像素序列数组的编号，1≤k≤m，l表示第k个像素序列数
组中像素的编号，1≥1，x
random
、y
random
均为实数区间(0，1)上服从均匀分布的随机数。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，基于网格类型将像素平面划分为若干像素区域，以同一像素区域内或多个合并的像素区域内生成的随机射线为并行单元，并行计算网格混合场景的光线追踪。2.根据权利要求1所述的一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，生成像素序列：基于网格类型将像素平面划分为若干像素区域，将每个像素区域转化为对应的像素序列；S2，生成随机射线序列：对不同的网格类型设置不同的采样率，将不同的像素序列转化为对应的随机射线序列；S3，调整随机射线序列长度：将射线数量＜1000的随机射线序列进行合并；S4，计算光线追踪：对每个射线序列计算网格混合场景的光线追踪，获得仿真图像。3.根据权利要求2所述的一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S11，在探测器局部坐标系W{O|X，Y，Z}中，构造中心射线的方向向量：遍历像素平面上每个像素，构造中心射线的方向向量v＝(i
×
Δx+x
corner
+0.5，j
×
Δy+y
corner
+0.5，d)
T
，构造的中心射线的方向向量以原点(0，0，0)为起点，像素(i，j)中心点T：(i
×
Δx+x
corner
+0.5，j
×
Δy+y
corner
+0.5，d)为终点；其中，i表示像素平面上像素的行序号，j表示像素平面上像素的列序号，(x
corner
，y
corner
，d)表示像素平面上角点的三维坐标，d为像素平面到探测点的距离，分别Δx为像素(i，j)的长，Δy为像素(i，j)的宽；S12，在场景坐标系中，得到中心射线在场景坐标系中的起点S和方向w：S＝(x
O
，y
O
，z
O
)w＝(x
w
，y
w
，z
w
)
T
，w＝W
v
，其中，(x
O
，y
O
，z
O
)为中，心射线起点在场景坐标系中的坐标，(x
w
，y
w
，z
w
)为中心射线终在场景坐标系中的坐标。W为探测器局部坐标系转换成场景坐标系的变换矩阵；S13，得到场景坐标系下的中心射线起点和方向后，求场景坐标系中与中心射线相交的面元，记录面元所属网格；S14，将场景坐标系中网格所属的网格类型分为m类；其中，m≥2且m为整数；S15，根据每个网格类型对应的像素数，生成m个像素序列数组，每个像素序列数组分别记录相应的像素(i，j)。4.根据权利要求3所述的一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，步骤S15中，若只按体网格和面网格划分网格类型，则m＝2，两个像素序列数组中，其中一个像素序列数组记录中心射线与体网格相交的像素，另一个像素序列数组记录中心射线
与面网格相交的像素。5.根据权利要求4所述的一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S21，在探测器局部坐标系W{O|X，Y，Z}中，构造随机射线；S22，将随机射线转化到场景坐标系中；S23，基于步骤S15生成的m个像素序列数组，对不同的网格类型设置不同的采样率，生成相应的m个射线序列。6.根据权利要求5所述的一种基于网格混合场景光线追踪的光线处理方法，其特征在于，步骤S21中，构造随机射线的方法为：以探测器局部坐标系W{O|X，Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世国，赖康，莫冬腊，黑圆圆，陶克勇，薛瑞文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：