【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全局光照，尤其涉及一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法。
技术介绍
1、全局光照的模拟一直以来都是计算机渲染图像的真实性的重要保障。全局光照的着色效果代表着物体表面的着色效果不仅仅是受到可见光源的直接光照影响，还受到其他的物体表面将光源的光反射过来的间接光照的影响。渲染方程就是对这种全局光照效果的描述，求解渲染方程的方法通常采用蒙特卡洛估计的形式进行求解，也就是传统的路径追踪算法及其衍射的各种算法。
2、但由于光线弹射的复杂程度，全局光照的计算在实时性要求较高的领域(如游戏，虚拟现实应用等)一直以来都是较难处理的技术。为了保证计算的实时性，衍生出许多实时的全局光照方案，主要可以分为预计算方案和实时追踪方案。预计算方案将光照信息或光照计算需要用到的信息提前计算好并存储在场景中(物体表面或空间探针等)，这样在实时运行时能够直接通过这些预计算的信息进行快速的光照计算，但很难应对场景动态变换的情况。
3、实时追踪方案主要采取光栅化的方法计算直接光照的结果和屏幕空间的几何缓冲(g-buffer)，再采取从屏幕像素进行追踪的方式计算间接光照的结果。追踪的方法分为基于硬件光追加速结构的方法和不依赖硬件加速结构的方法，前者需要如rtx系列显卡之类的特殊硬件支持，后者主要通过对场景空间的特殊描述，如符号距离场，屏幕空间深度描述等方式来加速射线的相交判断。在追踪时采用蒙特卡洛估计的方法来计算路径对像素的贡献，以实现更为精确的全局光照的效果。
4、基于预计算的方法无法应对场景的动态变换，尽管有
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，实现屏幕空间全局光照的模拟。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，包括以下步骤：
3、步骤1、基于光栅化方法生成无噪声的几何缓冲和精确光源提供的直接光照结果；
4、步骤1.1、采取延迟渲染的方式对屏幕空间进行渲染，得到多张渲染图像；
5、首先走一遍计算几何缓冲光栅化的过程，将屏幕空间中的深度、法线，世界空间坐标、反照率、金属度和粗糙度信息存储在几何缓冲中，通过图像颜色通道的合理利用，几何缓冲中存储三张屏幕空间大小的缓冲图像；
6、步骤1.2、再走一遍计算光照的光栅化过程，对最终渲染图像上的每个像素，采样几何缓冲中对应位置的值得到对应着色点的几何信息，遍历对该着色点有影响的所有的平行光、点光源和投射光源，进行直接光照的着色计算，得到光栅化后的直接光照结果；
7、步骤2、用计算着色器进行屏幕空间的光线追踪；
8、步骤2.1、以像素为单位，通过空间中的射线方向在屏幕上的投影来向特定方向步进像素，每次步进后计算出射线当前步进位置的深度与当前步进到的像素在屏幕空间深度图中的深度值进行比对，如果当前射线位置的深度大于深度图中的深度，代表射线已经和场景物体相交，否则继续步进；若射线已经和场景物体相交，获取相交点像素在几何缓冲以及上一帧渲染结果中的各项信息来生成后续时空重采样需要的初始样本；步骤2.2、使用层次深度缓冲结构来加速光线在像素上步进的过程；在进行屏幕空间光线追踪时，先生成深度图的层次深度缓冲结构，然后用该结构进行步进，步进的方式为：先按照最低精度层级进行步进，若步进后的射线深度小于最低精度的深度，继续步进，否则，退回更高一层精度的层级进行步进，直到找到最高精度时的交点；
9、步骤3、对光线追踪到的结果进行时域上的样本复用；
10、步骤3.1、采用重采样重要性采样的采样策略得到需要的样本；
11、首先使用概率分布生成一组候选样本，再根据目标函数与概率密度函数p代入对应样本后的比值作为权重重新采样获得符合目标概率分布的样本；
12、采用重采样重要性采样的估计式为：
13、
14、其中，代表了x位置的着色点沿ωo方向出射的辐射度估计结果，m为候选样本的数量，yj为候选样本，z为从候选样本中重新采样的出射方向样本，li表示入射光；
15、步骤3.2、基于重采样重要性采样的采样策略，考虑到时间上样本的连续性，采用时域上的重采样来提高追踪结果的收敛程度；
16、在进行屏幕空间的追踪时，采用均匀采样的方式采样反射方向，计算采样点到着色点的出射辐射度，通过几何缓冲采样的采样点和可见点的法线信息来进行新的初始样本的生成；由于需要时域上的样本信息，需要存储两个时间流式样本池的缓冲，一个用于存储上一帧更新后的时域样本，另一个用于存储当前帧的时域样本；在当前帧的样本生成之后，利用当前帧的样本来更新当前帧的时间流式样本池；
17、步骤3.3、通过一个投影操作利用当前帧数着色点的世界空间坐标来定位其在上一帧屏幕上的像素位置；像素位置通过使用上一帧的视线矩阵和投影矩阵对着色点的世界空间位置进行投影运算得到；同时考虑到上一帧和当前帧之间可能存在不同的物体遮挡关系，在重新投影之后还需要根据对应像素点的深度和时间空间法线的偏差来进行相似性检验，判断两帧像素所对应的是否是同一个着色点，若是同一个着色点，在当前帧的像素位置更新时间流式样本池，若不是，在当前帧像素位置初始化时间流式样本池样本；
18、步骤4、对追踪到的结果进行空间上的样本复用并整合直接光照，得到场景最终的全局光照着色结果；
19、步骤4.1、假设目标像素周围的像素与当前像素存在一定的空间连续性，对相邻像素的着色点进行几何相似性的判断，并通过采样邻近像素的时间流式样本池中的样本来更新当前的像素的样本实现空间上的采样；
20、步骤4.2、计算得到时间和空间复用后的估计结果，得到一张间接光照和面光源以及自发光物体的直接光照的图像，将该图像进行进一步降噪操作后与光栅化得到的直接光照结果相加，得到场景最终的全局光照着色结果。
21、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，将基于流式存储的时空重要性重采样策略与屏幕空间全局光照模拟方法相结合，利用时域和空间上的样本复用显著减少了在1spp限制下屏幕空间全局光照结果的噪声情况，显著提高了屏幕空间全局光照的质量。提供一种实时性强的动态全局光照方案，达到了游戏等实时应用环境下的运行速率要求，且不依赖于特定的有硬件光追加速结构的硬件。并采用时域和空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体方法为：
5.根据权利要求4所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：
6.根据权利要求5所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤3.1首先使用概率分布生成一组候选样本，再根据目标函数与概率密度函数p代入对应样本后的比值作为权重重新采样获得符合目标概率分布的样本；
7.根据权利要求6所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤3.2的具体方法为：
8.根据权利要求7所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光
...【技术特征摘要】
1.一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
4.根据权利要求3所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体方法为：
5.根据权利要求4所述的一种基于时空重采样的屏幕空间全局光照模拟方法...
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