本发明专利技术公开了一种基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，应用于处在环境图作用下的三维模型的渲染，包括以下步骤：首先将BRDF进行基于张量的建模，采用可调节的光照、视点和反射项三部分进行表达；再将作用于三维模型的光线分为直接光照和间接光照，并分别进行预计算，其中对于间接光照采用张量进行表达；最后利用预计算结果，对三维模型进行渲染。本发明专利技术支持实时地改变原始入射光辉、视点的方向以及BRDF，在处理动态的BRDF时，可高效地反应出对表面点的反射及入射光辉的BRDF改变的效果，通过基于PTT的重光照，间接光照的交互式性能在BRDF动画和材料动态改变的应用中得到了保证，可进行实时高真实感的渲染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机图形渲染
，具体涉及。
技术介绍
近年来，实时真实感渲染方法的一个重要发展是复杂环境光源(环境图)的应用越来越广泛，在虚拟现实和游戏娱乐中复杂环境光也被大量的使用，这里所说的复杂环境光主要指成像设备从真实环境中采集的高动态范围图像光源。和传统的虚拟光源(线光源、方向光源、点光源和区域光源)相比，复杂环境光从真实世界中采集，因此复杂环境光下的渲染结果通常会比传统的虚拟光源下的渲染结果具有更高的真实感。然而，人的视觉系统能够从真实的环境光产生的各种光学效果中获得空间和色彩的线索，从而对物体与光源之间/场景中物体之间的空间关系产生更真实的感觉。复杂环境光下的实时渲染是一个具有挑战性的热点问题。由于需要综合考虑到各个方向的入射光，为了求得最终的渲染结果需要一个计算昂贵的半球面积分。通过引入光照预计算，可以减少运行时的渲染计算量，并使得实时渲染成为可能，但这同时产生两个难题:首先，光照预计算结果的数据量很大，这些数据的存储导致方法的空间复杂度大幅增力口。其次，对许多实时交互的计算机图形学应用而言，实时场景中的环境光源和对象都是动态改变的，如何在这些光源和对象动态改变后重新利用预计算结果，也是一个非常困难的问题。目前，关于复杂环境光下动态场景和对象实时渲染方法的研究已经成为计算机图形学渲染方向的一个研究热点，许多方法已经被发表来从不同的角度解决这个问题。复杂环境光下的光照计算主要针对场景中的各视点方向射出的辐射亮度(Radiance) L，其中辐射亮度被定义为单位投影表面积上单位立体角的光线的功率，它和屏幕上像素RGB通道的亮度值成正比。复杂环境光下，三维对象表面上的一点χ向Otl出射的辐射亮度L(x，ω0)可表示为单位球面,上的积分。公式的成立主要基于如下几个假设，一、复杂场景中没有自发光对象，所有的光照能来自于环境光；二、对象的尺度要远小于光源的尺度(所以被称为环境光)，因此在不同的点χ上，入射光源用L(Coi)表示；光在由光源进入视点的时候最多被对象反射一次，光在物体之间的相互反射被忽略，这被称为直接光照照明。复杂环境光的频率表达:复杂环境光下的光照运算和表达方法是相关的。表达环境光的方法是以一定的分辨率采样各个方向上的辐射亮度。另外的方法是将L(Coi)分解到一组球面基上，方法中经常被使用的基函数有:小波基函数、球面径向基函数(SBRF)和球面谐波基(SH)函数。低频复杂环境光下的实时渲染方法，大部分的复杂环境光下的实时渲染方法都利用了光传播的线性特性，即出射的亮度函数是对入射亮度函数增加了一个线性算子的结果。这意 味着由公式表达的复杂环境光产生的出射亮度是基函数产生的出射亮度的线性组合。
技术实现思路
本专利技术提供了，该方法支持实时地改变原始入射光辉、视点的方向以及双向反射分布函数(BRDF)，渲染真实感高，速度快，使复杂环境光下的实时渲染成为可能，在处理动态的BRDF时，本专利技术的方法高效地反应出对表面点的反射及入射光辉的BRDF改变的效果。—种基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，应用于处在环境图作用下的三维模型的渲染，包括以下步骤:(I)首先将BRDF进行基于张量的建模，采用可调节的光照、视点和反射项三部分进行表达；(2)将作用于三维模型的光线分为直接光照和间接光照，并分别进行预计算，其中对于间接光照采用张量进行表达；(3)利用步骤(2)的预计算结果，对三维模型进行渲染。 本专利技术采用张量来对BRDF进行建模表示，同时支持光照、视点等参数的调节；对于入射光辉来讲，场景中的间接光辉和BRDF之间有着非线性关系，使得诸如PRT的线性光传输框架不合适。为了解决上述问题，本专利技术引进了预计算转移张量(PTT)来将间接光照分解成场景中的每个BRDF函数的预计算部分，并且可以在运行时快速地结合起来以保证正确计算入射光辉，通过基于PTT的重光照，间接光照的交互式性能在BRDF动画和材料动态改变的应用中得到了保证。步骤(I)中的BRDF被基于张量的建模分解成可调节的光照、视点及反射项三个部分，通过张量因式分解将BRDF分解成仅依赖于光照、视点及反射项的三阶张量，相对于通常的需要为每一个BRDF分解的view-light SVD因式分解，这种三线性分解因为沿着BRDF维度的附加近似获得了更大的内存节省，可有效提高渲染速度。LATHAUffER等提出的张量因式分解采用张量近似方法，可提供RMS误差条件最好的三线性分解，可产生高真实感效果的渲染结果。该方法采用一个反射数据集f(h，ω0, ω)来建模BRDF，这个反射数据集由一个给定的反射模型产生，或者从实际材料的测试中获得,这里的ω。表示视点方向，ω i表示入射方向，h表示相应的反射率。表面点的BRDFf (h，ω。，ω J被描述成一个三阶的张量F G RN^xN^ ,这里的Nh^ojo分别是对h、ω0, Oi的分辨率的抽样。通过用张量因式分解将F分解成仅仅依赖于KcorCOi各因子，F能被近似的表示成:F ^DXhUhXn U XnU COi HCO 0(O ,.由此，可以由下式计算一个给定的BRDF值:权利要求1.，应用于处在环境图作用下的三维模型的渲染，其特征在于，包括以下步骤: (1)首先将BRDF进行基于张量的建模，采用可调节的光照、视点和反射项三部分进行表达； (2)将作用于三维模型的光线分为直接光照和间接光照，并分别进行预计算，其中对于间接光照采用张量进行表达； (3)利用步骤(2)的预计算结果，对三维模型进行渲染。2.如权利要求1所述的基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，其特征在于，步骤(I)中，所述基于张量的建模采用张量近似方法，表面点的BRDF为三阶张量f (h, ω0, Qi):3.如权利要求1所述的基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，其特征在于，步骤(2)中，所述间接光照为一次反弹的互反射光照及二次反弹的互反射光照。4.如权利要求3所述的基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，其特征在于，所述一次反弹的互反射光照采用四维张量表达，其中，I表示原光辉微波、r表示区域、P表示BRDF基函数、s表示传输的入射光辉的球谐波函数。5.如权利要求4所述的基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，其特征在于，所述二次反弹的互反射光照采用五维张量7=(/,/I,P^r2,P1)表达，其中，I表示原光辉微波、r表示区域、P表示BRDF基函数、下标I和2分别指第一次的互反射，第二次的互反射。6.如权利要求5所述的基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，其特征在于，步骤(3)中，重光照的计算公式如下:全文摘要本专利技术公开了，应用于处在环境图作用下的三维模型的渲染，包括以下步骤首先将BRDF进行基于张量的建模，采用可调节的光照、视点和反射项三部分进行表达；再将作用于三维模型的光线分为直接光照和间接光照，并分别进行预计算，其中对于间接光照采用张量进行表达；最后利用预计算结果，对三维模型进行渲染。本专利技术支持实时地改变原始入射光辉、视点的方向以及BRDF，在处理动态的BRDF时，可高效地反应出对表面点的反射及入射光辉的BRDF改变的效果，通过基于PTT的重光照，间接光照的交互式性能在BRDF动画和材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于预计算转移张量的交互重光照真实感渲染方法，应用于处在环境图作用下的三维模型的渲染，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先将BRDF进行基于张量的建模，采用可调节的光照、视点和反射项三部分进行表达；(2)将作用于三维模型的光线分为直接光照和间接光照，并分别进行预计算，其中对于间接光照采用张量进行表达；(3)利用步骤（2）的预计算结果，对三维模型进行渲染。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵磊，鲁东明，任艳姣，陆胜，李伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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