基于光源聚类的自适应多重重要性采样制造技术

本发明专利技术公开一种基于光源聚类的自适应多重重要性采样，涉及多光源渲染领域，其包括定义光源树中的结点结构；基于定义的结点结构，采用

【技术实现步骤摘要】
基于光源聚类的自适应多重重要性采样


[0001]本专利技术属于光源渲染
，具体涉及到一种基于光源聚类的自适应多重重要性采样
。

技术介绍

[0002]在影视制作或室内设计领域，为了达到照片级真实感渲染效果，对复杂的室内场景进行渲染时需要基于场景中的全局光照进行计算，在考虑直接光照的同时，兼顾间接光照
。
路径追踪算法是一种考虑到全局光照的渲染算法，因其高质量无偏的渲染效果被广泛应用
。
但是，随着设计师对场景中光照条件的需求越来越多，室内场景中的光源数量也不断攀升，随着场景中光源数量的增多，渲染计算过程中，每个着色点的光照计算量也大幅增加，这就直接导致渲染效率的降低
。
在对多光源场景进行渲染时，选择对最终的渲染结果贡献较大的光线路径显得尤为重要，目前在渲染算法中普遍采用重要性采样方法提高渲染效率
。
[0003]基于重要性的采样方法主要有如下三类：基于光源的采样方法，这种方法旨在增加在光源方向的立体角上的采样数，因为这些样本比其它方向的样本对最终的渲染结果图有更重要的价值；基于双向反射分布函数（
Bidirectional Reflectance Distribution Function
，
BRDF
）的采样方法，这种采样方法旨在根据
BRDF
函数选择能量分配更多的出射光线的方向；多重重要性采样方法，这种采样方法旨在结合多个单重重要性的采样方法，进一步提高采样质量
。
鉴于单重重要性采样只涉及对单个因素的考量，具有局限性，多重重要性采样的思想是融合多种采样策略，能够在各种三维场景的渲染计算中高质量采样，因此，基于多种重要性思想的采样策略得到广泛应用
。
[0004]传统的重要性采样方法在多光源场景中，计算某一着色点的直接光照贡献存在的问题主要是：第一，在渲染计算过程中计算某一着色点的直接光照贡献时，需要遍历每个光源，这极大的增加了计算量，但是并非所有光源对于此着色点可见，且只有少数光源对当前着色点的着色计算具有较大贡献；第二，光源重要性采样更适用于光源较小并且物体表面较粗糙的情况，因为光源越小可采样的方向越少，而物体越粗糙基于光源采样的方向就更易在物体着色点处的
BRDF lobe
范围内，
BRDF
重要性采样适用于光源较大并且物体表面光滑的情况，因为物体表面越光滑，基于
BRDF
采样的方向可选范围也就越小，而大光源使得基于
BRDF
采样的方向更易击中光源；传统的多重重要性采样方法主要是融合了基于光源的重要性采样和基于
BRDF
的重要性采样这两种采样方法，但是在渲染多光源室内场景时，这两种方法均不易采样到一个能够击中光源并且
BRDF
值较大的光线方向
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的主要目的在于设计一种基于光源聚类的自适应多重重要性采样
,
将面向
BRDF
的光源重要性采样方法引入到传统的多重重要性采样方法中，并自适应调整不同采样策略的采样数目，解决渲染图像的质量和渲染效率的技术问题
。
[0006]为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，该方法将场景中的光源采用光源树的形式进行组织管理，并依据渲染需要进行调用，具体包括如下步骤：步骤1：构建基于层次包围盒的光源树；步骤2：遍历光源树，构建面向着色点的光源割；步骤3：对光源方向进行自适应多重重要性采样
。
[0007]作为本专利技术进一步的描述，步骤1中，所述的光源树为二叉树，其构建的方式包括
:
步骤
1.1
：定义所述光源树中的结点；所述光源树的每个结点中，均存储一个包围盒
、
一个表示光源朝向的方向锥
、
所有被包含光源的辐射功率
、
所有光源的起始位置
、
指向左子树的指针以及指向右子树的指针；步骤
1.2
：基于对光源树中结点的定义，分割光源树中结点并构建得到光源树
。
[0008]作为本专利技术进一步的描述，步骤
1.1
中，所述的包围盒表示沿坐标轴方向能够包围所有光源的最小长方体；所述的方向锥表示光源的辐射范围，所述方向锥的结构体中包含三个属性，分别为中心轴
、
光源簇内光源的法线范围
、
光源簇内光源的辐射范围
。
[0009]作为本专利技术进一步的描述，步骤
1.2
中，采用表面积朝向启发式算法分割光源树中结点，具体为：
S1
：计算不同分割位置的代价；
S2
：选择代价最小的分割位置，并形成左子树和右子树；
S3
：直到步骤
1.1
的结点中只包含一个光源或者分割后的代价与不分割的代价相等，则分割完毕得到光源树
。
[0010]作为本专利技术进一步的描述，步骤2中，所述的光源割为遍历光源树过程中，所触及的最深层的一系列光源簇；构建面向着色点的光源割为自顶向下遍历光源树
。
[0011]作为本专利技术进一步的描述，步骤3中，所述的自适应多重重要性采样包括如下步骤：步骤
3.1
：自适应调整光源重要性采样
、BRDF
重要性采样以及面向
BRDF
的光源重要性三种采样策略的采样数目；步骤
3.2
：采用多重重要性采样中的幂自适应法计算不同采样策略的权值，平衡步骤
3.1
中不同采样策略的辐射度计算结果；步骤
3.3
：针对不同采样策略的辐射度计算结果乘以对应的权值，并进行加和运算，进而得到最终的着色点辐射度
。
[0012]一种基于光源聚类的自适应多重重要性采样系统，包括：处理器，其被配置为：获取多光源场景中的光源，并构建光源树，以存储场景中不同深度的光源
。
[0013]更进一步的，所述的处理器，还被配置为：通过遍历光源树并构建面向着色点的光源割，依据当前着色点重要性更高的光源进行自适应多重重要性采样，以满足多光源场景的渲染
。
[0014]一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机
程序被处理器执行时，使所述一个或多个计算机执行包括下述的操作：接收场景的数据，其中，所述的场景包括一个或多个光源；接收用于使用了多种采样技术的多重重要性采样方法渲染所述场景的图像的请求，其中，每种采样策略都使用幂自适应法来计算其权值；通过每种采样策略的渲染结果乘以对应的权重，并进行加和运算得到最终的渲染结果
。
[0015]更进一步的，计算机可读存储介质，还包括在分割光源树中结点的过程中，计算不同分割位置时，兼顾光源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，其特征在于：该方法将场景中的光源采用光源树的形式进行组织管理，并依据渲染需要进行调用，具体包括如下步骤：步骤1：构建基于层次包围盒的光源树；步骤2：遍历光源树，构建面向着色点的光源割；步骤3：对光源方向进行自适应多重重要性采样
。2.
根据权利要求1所述的基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，其特征在于：步骤1中，所述的光源树为二叉树，其构建的方式包括
:
步骤
1.1
：定义所述光源树中的结点；所述光源树的每个结点中，均存储一个包围盒
、
一个表示光源朝向的方向锥
、
所有被包含光源的辐射功率
、
所有光源的起始位置
、
指向左子树的指针以及指向右子树的指针；步骤
1.2
：基于对光源树中结点的定义，分割光源树中结点并构建得到光源树
。3.
根据权利要求2所述的基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，其特征在于：步骤
1.1
中，所述的包围盒表示沿坐标轴方向能够包围所有光源的最小长方体；所述的方向锥表示光源的辐射范围，所述方向锥的结构体中包含三个属性，分别为中心轴
、
光源簇内光源的法线范围
、
光源簇内光源的辐射范围
。4.
根据权利要求2所述的基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，其特征在于：步骤
1.2
中，采用表面积朝向启发式算法分割光源树中结点，具体为：
S1
：计算不同分割位置的代价；
S2
：选择代价最小的分割位置，并形成左子树和右子树；
S3
：直到步骤
1.1
的结点中只包含一个光源或者分割后的代价与不分割的代价相等，则分割完毕得到光源树
。5.
根据权利要求1所述的基于光源聚类的自适应多重重要性采样方法，其特征在于：步骤2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天寒，葛艳京，李青山，
申请(专利权)人：博雅正链重庆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：