GPU并行光线追踪渲染方法技术

一种GPU并行光线追踪渲染方法，属于动画制作领域，包括对文件场景中的空间划分空间位；计算每个物体的最小包围立方体；计算包围立方体经过的空间位；计算经过每个像素点的逆向光线；计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体；计算检索的物体与光线是否相交；根据相交情况，生成反射光、折射光；最后采用着色函数计算每个像素点的颜色。本发明专利技术不仅能够生成逼真细腻的渲染效果，而且采用GPU加快了渲染速度，能够在实际中得到很好的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于动画制作领域，涉及ー种GPU并行光线追踪渲染方法。
技术介绍
真实感动画需要模拟光线在场景中进行传播所发生的各种物理现象，如多次的反射、折射、投影等。这不仅需要对场景中各种物体的几何属性和材质属性的精确描述，还需进行多次反射、折射带来的极其复杂的求解计算，这使得渲染一幅真实感图像需要很长的时间，图形学领域的很多研究都集中在如何更好地实现全局光照算法，在很短的时间内生成高质量的图像上。 在三维数字动画制作过程中，渲染是一个及其重要的环节，它对产品的质量有着至关重要的影响。以往的渲染方法，如光栅渲染，有着很多“先天不足”的问题，在细节渲染上可能存在严重的失真、无法简单地实现全局光照、无法绘制出准确细腻的阴影效果等问题，而光线跟踪能方便地模拟生成复杂的光照效果，生成高质量的图像。但光线跟踪算法的计算开销较大，妨碍了其应用效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题在于提出ー种GPU并行光线追踪渲染方法，从而提高了渲染速度，并且使渲染光影效果逼真。本方法采用空间位和GPU并行方法加速光线追踪的速度，能渲染出最接近现实、细节最细腻逼真的画面，且计算速度快，可以在实践中得到很好地应用，包括如下步骤 对文件场景中的空间划分空间位； 计算每个物体的最小包围立方体； 计算包围立方体经过的空间位； 计算经过每个像素点的逆向光线； 计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体； 计算检索的物体与光线是否相交； 根据相交情况，生成反射光、折射光； 最后采用着色函数计算每个像素点的顔色。本专利技术所述的对文件场景中的空间划分空间位，其特征在干，将空间分割为WXNXP个长宽高相等的空间位，其中W为X轴向分段数，N为y轴分段数，P为z轴方向分段数，并为每个空间位建立模型列表；本专利技术所述的计算每个物体的最小包围立方体，其特征在于，根据物体在世界坐标系中XYZ的坐标范围，根据得到的坐标范围，计算出能够将物体包围进去的ー个最小立方体；本专利技术所述的计算包围立方体经过的空间位，其特征在于，通过包围立方体的8个顶点坐标，找到对应的8个空间位，再找到其包围的其它空间位；这些空间位即为物体经过空间位，但物体本身和最小包围立方体之间存在空间范围的差异，为減少工作的计算量，将此差异进行忽略； 本专利技术所述的计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体，其特征在于，计算光线与这些物体的相交情况，并记录与光线相交的最近点坐标，并生成反射光、折射光，迭代计算; 本专利技术所述的采用着色函数计算每个像素点的顔色，其特征在于，使用最近物体和最近值T来计算着色函数，以着色函数的结果填充该像素。本专利技术不仅能够生成逼真细腻的渲染效果，而且采用GPU加快了渲染速度，能够在实际中得到很好的应用。附图说明 图I为空间位模型列表生成流程 图2为空间不意 图3为像素点第一相交模型确定流程 图4为光线跟踪流程 图5为阴影验证流程 图6为采用空间位优化与非空间位优化效率比较图。具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进ー步详细说明。图I给出了空间位列表的生成流程，具体过程如下 (I)用S代表空间位，空间边长为K。首先将三维空间分割为WXNXP个，W、N、P必须的取值必须要保证容纳空间内所有模型，结果如图2所示，则S = iSp SンSi…Swxnx5J。每个空间位所占的体积为K X K X K，每ー个空间位对应ー个坐标( S- sZ )。在空间坐标系中，每ー个空间位1对应ー个正方体。假设Sn = (sx,s7,sz),则其对应的空间正方体的对角线两个顶点的坐标分别为i'sx X K,s,. X Ki sz X K), ( (S3J + I) X K, (Sy + l) X K, (sz 十 i〕X K)。(2)建立起所有的空间位之后需要为每ー个空间位建立模型列表，需要建立ー个由空间位到模型的一对多关系。将所有空间位放入链表SIiSt，链表中内容包括ー个指向另一个链表Mlist的指针，Mlist用于存放所有经过该空间的模型ID。( 3)为了填充MliSt中的数据，需要对所有模型进行遍历，每遍历到ー个模型，得到模型在空间坐标系中的坐标范围，即。根据前面得到的坐标范围，得到一个对角线顶点分别是I Xmmf 1Oiinf ^min} ^max ^ ZraaJ的正方体,该正方体即为该模型的最小包围立方体。(4)得到了最小包围立方体需要将最小包围立方体转化为空间位范围，得到的空间位范围为权利要求1.ー种GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于由以下步骤完成 对文件场景中的空间划分空间位； 计算每个物体的最小包围立方体； 计算包围立方体经过的空间位； 计算经过每个像素点的逆向光线； 计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体； 计算检索的物体与光线是否相交； 根据相交情况，生成反射光、折射光； 最后采用着色函数计算每个像素点的顔色； 其中对文件场景中的空间划分空间位，是将空间分割为WXNXP个长宽高相等的空间位，其中W为X轴向分段数，N为y轴分段数，P为z轴方向分段数,并为姆个空间位建立模型列表； 计算每个物体的最小包围立方体，是根据物体在世界坐标系中XYZ的坐标范围，根据得到的坐标范围，计算出能够将物体包围进去的ー个最小立方体； 计算包围立方体经过的空间位，是通过包围立方体的8个顶点坐标,找到对应的8个空间位，再找到其包围的其它空间位； 计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体，是计算光线与这些物体的相交情况，并记录与光线相交的最近点坐标，并生成反射光、折射光，迭代计算； 采用着色函数计算每个像素点的顔色，是使用最近物体和最近值T来计算着色函数，以着色函数的结果填充该像素。2.根据权利要求I所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于用S代表空间位，空间边长为K，首先将三维空间分割为WXNXP个，W、N、P必须的取值必须要保证容纳空间内所有模型，5 ニ (S1, S2, S3-... Swxmxp)；每个空间位所占的体积为KX KX K，每一个空间位对应一个坐标(sx;sy，sz )，在空间坐标系中，每一个空间位I对应一个正方体，假设Sn= Ox,则其对应的空间正方体的对角线两个顶点的坐标分别为fs.{ K K,Sy X K, sz X K), ( (sx -f I) K K, (s -f l) K K, (sz 4* I〕X K)。3.根据权利要求I所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于建立起所有的空间位之后需要为每ー个空间位建立模型列表,需要建立一个由空间位到模型的ー对多关系，将所有空间位放入链表Slist，链表中内容包括ー个指向另ー个链表Mlist的指针，Mlist用于存放所有经过该空间的模型ID。4.根据权利要求I所述的GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于对所有模型进行遍历，每遍历到ー个模型，得到模型在空间坐标系中的坐标范围，，Dmax. Zmiti, Zmflx ,根据前面得到的坐标范围，得到一个对角线顶点分别是&min, Ymia ZminX CXmai-· %nax> Zmax)的正方体，该正方体即为该模型的最小包围立方体。5.根据权利要求I所述的GPU并行光线追踪渲染方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GPU并行光线追踪渲染方法，其特征在于由以下步骤完成：对文件场景中的空间划分空间位；？？？？？？计算每个物体的最小包围立方体；？？？？？？计算包围立方体经过的空间位；？？？？？？计算经过每个像素点的逆向光线；？？？？？？计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体；？？？？？？计算检索的物体与光线是否相交；？？？？？？根据相交情况，生成反射光、折射光；？？？？？？最后采用着色函数计算每个像素点的颜色；？？？？？？其中对文件场景中的空间划分空间位，是将空间分割为W×N×P个长宽高相等的空间位，其中W为x轴向分段数，N为y轴分段数，P为z轴方向分段数，并为每个空间位建立模型列表；？？？？？？计算每个物体的最小包围立方体，是根据物体在世界坐标系中XYZ的坐标范围，根据得到的坐标范围，计算出能够将物体包围进去的一个最小立方体；？？？？？？计算包围立方体经过的空间位，是通过包围立方体的8个顶点坐标，找到对应的8个空间位，再找到其包围的其它空间位；？？？？？？？计算与光线相交的空间位，从而检索到相关的物体，是计算光线与这些物体的相交情况，并记录与光线相交的最近点坐标，并生成反射光、折射光，迭代计算；采用着色函数计算每个像素点的颜色，是使用最近物体和最近值T来计算着色函数，以着色函数的结果填充该像素。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立国，门慧勇，詹亚坤，
申请(专利权)人：吉林禹硕动漫游戏科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：