估算参与介质接收到的光量的方法及相应的设备技术

本发明专利技术涉及一种用于估算非均匀参与介质（10）的点M（34）所接收到的光量的方法，所述光由光环境发射。为了优化所需的计算时间，该方法包括以下步骤：为第一点集合中的每个点（401至40n），估算表示所述所考虑的点和限定介质（10）的第一表面（40）之间沿多个特定光发射方向（421至427）的光衰减的第一值，以及通过将第一光强度减少值投影在球面函数的标准正交基中来估算第一投影系数，估算表示点（34）和第二表面（41）之间沿方向（421至427）的光衰减的第二值，所述第二表面包括点（34）的邻域中的某些点（402、403、414、415），使用第一投影系数和第二光强度减少值估算由所述点所接收的光量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于估算非均匀参与介质（10）的点M（34）所接收到的光量的方法，所述光由光环境发射。为了优化所需的计算时间，该方法包括以下步骤：为第一点集合中的每个点（401至40n），估算表示所述所考虑的点和限定介质（10）的第一表面（40）之间沿多个特定光发射方向（421至427）的光衰减的第一值，以及通过将第一光强度减少值投影在球面函数的标准正交基中来估算第一投影系数，估算表示点（34）和第二表面（41）之间沿方向（421至427）的光衰减的第二值，所述第二表面包括点（34）的邻域中的某些点（402、403、414、415），使用第一投影系数和第二光强度减少值估算由所述点所接收的光量。【专利说明】估算参与介质接收到的光量的方法及相应的设备
本专利技术涉及合成图像组合物领域,更具体地，涉及在非均勻(heterogeneous)的参与介质中光的散射(扩散)模拟的领域。本专利技术也落入天然组合物的特殊效果的范畴。
技术介绍
根据现有技术，存在模拟在参与介质，诸如例如雾、烟、灰尘或云中的光的扩散的不同方法。所述参与介质对应于由空气中的颗粒组成的介质，所述空气中的颗粒与光相互作用以特别地修改其路径和强度。参与介质可细分为两部分，即诸如水的均匀介质和诸如烟或云的非均匀介质(homogeneous media)。在均勻参与介质的情况下，以分析的方式来计算由光源发射的光的衰减是可能的。事实上，由于其均匀性，这些介质在该介质的任何位置处都有诸如光吸收系数或光扩散系数常数的参数。相反，在非均匀参与介质中，光的吸收和散射(扩散)特性从一个点到另一个点变化。因而，模拟光在这样的非均匀介质中的扩散所需的计算的代价是非常大的，因此，不可能分析地和实时地计算由非均匀参与介质所散射(扩散)的光量。此外，不扩散的介质(也就是说该介质的扩散是各向异性的)，由该介质所扩散的光量也根据光的扩散方向(也就是说，人观察该介质的方向)各不相同。因此，估算扩散的光量的计算必须针对人观察该介质的每个方向反复进行，以获得对该介质的逼真的呈现。为了产生非均匀参与介质的实时显示，有些方法进行表示该非均匀参与介质的某些参数的预先计算。虽然这些方法非常适合于，例如，工作室用于后期制作，并提供良好品质的显示，但是这些方法不适合于实时互动概念和非均匀参与介质的组合物的情况。例如，这种方法在由微软公司提出、并于2008年12月31日公布的专利申请W02009/003143中描述。W02009/003143申请的专利技术主题的是用于呈现非均匀介质的实时软件并且描述了采用径向基函数的一种解决方案。不过，这个解决方案不能被视为实时呈现解决方案，因为必须在线下对参与介质应用一些预处理操作以便能够计算表示将被用于画面合成实时计算的介质的投影系数。随着(特别是以三维(3D)形式的)互动模拟游戏和应用程序的出现，感受到对非均匀介质提供逼真的显示效果的实时模拟方法的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的这些缺陷中的至少一个。更具体地，本专利技术的目的是对为了形成在非均匀参与介质中光的扩散的逼真的实时显示、所需的计算时间和/或所需的计算功率进行优化。本专利技术涉及一种估算由非均匀参与介质(10)的点M所接收的光量的方法，所述光由包括多个光源的光环境发射。该方法包括以下步骤:选择所述介质中的某些点以形成所述介质的第一点集合，所述第一集合包括点M:对所述第一集合中的每个点，估算表示所考虑的点和第一表面之间沿多个特定光发射方向的光衰减的多个第一光强度减少值，所述第一表面限定所述介质，估算表示点M和第二表面之间沿多个特定光发射方向的光衰减的多个第二光强度减少值，所述第二表面包括属于第一集合的点M的邻域的某些点，对所述第一集合中的每个点，通过将所述第一光强度减少值投影在球面函数的标准正交基中来估算第一投影系数，所述第一投影系数表示在所考虑的点处光强度的减少，以及使用估算的第一投影系数和多个第二光强度减少值，估算点M所接收的光量。根据特定的特征，该方法包括使用对所述第二表面的点估算的第一投影系数，估算由属于第二表面的第一集合中的每个点所接收的光量的步骤。有利地，该方法包括估算第二表面和多个特定的光发射方向之间的交点的步骤，当该交点不属于第一点集合时，通过内插由属于第一点集合的第二表面的至少两个点所接收的光量来估算由交点所接收的光量。根据特定的特征，该方法包括通过在所述球面函数的标准正交基中投影第二光强度减少值来估算第二投影系数的步骤，所述第二投影系数表示在点M处光强度的减少，使用所述估算的第一投影系数和所述估算的第二投影系数来估算点M所接收的光量。有利地，所述第一和第二光强度减少值的估算通过对特定光发射方向采样来实现。根据特定的特征，该方法包括在球面函数的标准正交基中估算第三投影系数的步骤，所述第三投影系数表示光环境中的一组点的入射亮度。根据另一特征，该方法包括在球面函数的标准正交基中估算第四投影系数的步骤，所述第四投影系数表示所述介质的第二点集合的相位函数。有利地，所述方法包括从点M所接收的光量估算点M所扩散的光量的步骤。根据特定的特征,使用光线行进(ray-marching)算法方法对点M所扩散的光量进行的估算。根据另一特征，第一投影系数和第二投影系数被存储在与至少一个图形处理器相关联的存储器的表中。本专利技术还涉及被配置以估算由非均匀参与介质(10)的点M所接收的光量的设备，所述光由包含多个光源的光环境发射，所述设备包括:从所述介质中选择某些点以形成所述介质的第一点集合的部件，所述第一集合包括点M,对所述第一集合中的每个点，估算表示所考虑的点和第一表面之间沿多个特定光发射方向的光衰减的多个第一光强度减少值的部件，所述第一表面限定所述介质，估算表示点M和第二表面之间沿多个特定光发射方向的光衰减的多个第二光强度减少值的部件，所述第二表面包括属于第一集合的点M的某些邻域点，对所述第一集合中的每个点，通过在球面函数的标准正交基中投影第一光强度减少值来估算第一投影系数的部件，所述第一投影系数表示在所考虑的点处光强度的减少，以及使用估算的第一投影系数和多个第二光强度减少值，估算由点M所接收的光量的部件。根据特定的特征，该设备包括通过在所述球面函数的标准正交基中投影第二光强度减少值来估算第二投影系数的部件，所述第二投影系数表示在点M处光强度的减少，使用估算的第一投影系数和估算的第二投影系数来估算由点M所接收的光量。有利地，该设备包括在球面函数的标准正交基中估算第三投影系数的部件，所述第三投影系数表示光环境中的一组点的入射亮度。根据特定的特征，该设备包括在球面函数的标准正交基中估算第四投影系数的部件，所述第四投影系数表示所述介质的第二点集合的相位函数。本专利技术还涉及一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当在计算机上执行该程序时，所述程序代码指令执行所述用于估算非均匀参与介质中点M所接收的光量的方法的步骤。本专利技术还涉及一种计算机可读存储部件，用来存储用于执行所述用于估算非均匀参与介质中点M所接收的光量的方法的一组计算机可执行指令。【专利附图】【附图说明】阅读下面的描述，将会更好地理解本专利技术，并且其他具体特征和优点也会出现，该说明参照附图，其中:图1图解地示出根据本专利技术的特定实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
估算由非均匀参与介质（10）的点M（34）所接收的光量的方法，所述光由包括多个光源（31、32、33）的光环境（3）发射，其特征在于，该方法包括以下步骤：选择（61）所述介质中的某些点以形成所述介质（10）的点的第一集合（401至40n），所述第一集合包括所述点M（34），对所述第一集合中的每个点（401至40n），估算（62）表示所述所考虑的点和第一表面（40）之间沿多个特定光发射方向（421至427）的光衰减的多个第一光强度减少值（5212），所述第一表面（40）限定所述介质（10），估算（63）表示所述点M（34）和至少一个第二表面（41）之间沿多个特定光发射方向（421至427）的光衰减的多个第二光强度减少值（5212），所述至少一个第二表面包括属于第一集合的所述点M（34）的邻域的某些点（402、403、414、415），对所述第一集合中的每个点（401至40n），通过将所述第一光强度减少值投影在球面函数的标准正交基中来估算（64）第一投影系数（5211），所述第一投影系数表示在所述点处光强度的减少，以及使用所述估算的第一投影系数和多个第二光强度减少值，估算（65）所述点M（34）所接收的光量。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P高特隆，C德拉兰德里，JE马维，
申请(专利权)人：汤姆逊许可公司，
类型：发明
国别省市：