本發(fā)明涉及實(shí)時(shí)繪制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)時(shí)繪制領(lǐng)域，光照的計(jì)算對于最終生成圖像的真實(shí)感起到了至關(guān)重要的作用，尤其是間接光照的繪制，能帶來遠(yuǎn)超越只計(jì)算直接光照的繪制真實(shí)感，在電影工業(yè)、游戲制作、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中具有廣泛的需求和應(yīng)用。
傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)繪制領(lǐng)域較少的考慮間接光照的計(jì)算，通常只計(jì)算直接光照就輸出最終的繪制結(jié)果。近幾年來隨著硬件性能的提升，使得在實(shí)時(shí)繪制領(lǐng)域，利用屏幕空間信息來進(jìn)行間接光照計(jì)算成為可能，其中，使用光探針通過插值進(jìn)行計(jì)算是近年較為流行的技術(shù)，然而，該方法雖然能夠獲得不錯(cuò)的效果，但是卻只能捕獲周圍環(huán)境中漫反射的光照信息，對于高光的信息還是沒有辦法解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法，能夠?qū)崟r(shí)性地計(jì)算間接高光，解決了目前使用光探針僅能計(jì)算漫反射間接光照的問題，使得可以在幾乎相同的框架下，進(jìn)行間接高光反射的計(jì)算，提高了間接高光光照計(jì)算的效率。
一種基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法，包括：
步驟1，對目標(biāo)場景進(jìn)行初步規(guī)劃分布，得到若干光探針探測點(diǎn)；
步驟2，針對每個(gè)光探針探測點(diǎn)進(jìn)行周圍環(huán)境高光的渲染計(jì)算，得到相應(yīng)的入射光場；
步驟3，對于每個(gè)入射光場，通過一組vMF分布函數(shù)擬合入射光場信息；
步驟4，依據(jù)渲染點(diǎn)的位置以及步驟1中光探針探測點(diǎn)的位置，得到渲染點(diǎn)周圍鄰域內(nèi)的光探針探測點(diǎn)，對這些光探針探測點(diǎn)的vMF分布函數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算，得到利用vMF分布函數(shù)表達(dá)的渲染點(diǎn)的高光信息；
步驟5，利用步驟4得到的高光信息進(jìn)行光照計(jì)算并輸出。
作為優(yōu)選，步驟1中，對目標(biāo)場景中包含較多信息的區(qū)域進(jìn)行多面體劃分，每個(gè)多面體的頂點(diǎn)為一個(gè)光探針探測點(diǎn)。
較多信息的區(qū)域根據(jù)需要進(jìn)行選擇，通常選擇將包含較多信息的區(qū)域劃分為多個(gè)立方體或八面體，每個(gè)立方體或八面體的頂點(diǎn)作為一個(gè)光探針探測點(diǎn)，若干個(gè)光探針探測點(diǎn)能夠較為完整地捕捉到目標(biāo)場景的信息。
步驟2中，針對每個(gè)光探針探測點(diǎn)進(jìn)行周圍環(huán)境高光的渲染計(jì)算，得到以光探針探測點(diǎn)為中心的周圍場景的所有光照信息，即所述的入射光場。
步驟3中，將入射光場擬合為一組vMF分布函數(shù)，并將分布函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行預(yù)存。由于每個(gè)入射光場近似地通過一組vMF分布函數(shù)進(jìn)行表達(dá)，可以將每個(gè)光探針探測點(diǎn)所需要存儲的信息大幅度地簡化壓縮。
作為優(yōu)選，每個(gè)vMF分布函數(shù)的參數(shù)分為三組，第一組為二維極坐標(biāo)表達(dá)的軸線方向μ，第二組為vMF分布寬度λ，第三組為三維顏色值c(R，G，B分量)，步驟3中，使用L-BFGS-B最優(yōu)化算法進(jìn)行擬合，采用固定兩組參數(shù)擬合一組參數(shù)的循環(huán)迭代過程取得最優(yōu)解。
作為優(yōu)選，步驟4中，將vMF分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為使用平均方向r表達(dá)，在渲染點(diǎn)所處的多面體內(nèi)，對多面體頂點(diǎn)位置的平均方向r進(jìn)行插值，得到渲染點(diǎn)的平均方向r，然后得到渲染點(diǎn)的vMF分布函數(shù)。
本發(fā)明解決了目前使用光探針僅能計(jì)算漫反射間接光照的問題，同時(shí)支持運(yùn)動(dòng)光源的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算，使得可以在幾乎相同的框架下進(jìn)行間接高光反射的計(jì)算，提高了間接高光光照計(jì)算的效率。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法做詳細(xì)描述。
如圖1所示，一種基于光探針插值動(dòng)態(tài)計(jì)算間接反射高光的渲染方法，包括：
步驟1，對目標(biāo)場景進(jìn)行初步規(guī)劃分布，得到若干光探針探測點(diǎn)。
具體操作為：對目標(biāo)場景中包含較多信息的區(qū)域進(jìn)行立方體劃分，每個(gè)立方體的頂點(diǎn)為一個(gè)光探針探測點(diǎn)，所有光探針探測點(diǎn)能夠較為完整地捕捉到目標(biāo)場景的信息。
步驟2，針對每個(gè)光探針探測點(diǎn)進(jìn)行周圍環(huán)境高光的渲染計(jì)算，得到相應(yīng)的入射光場。入射光場，即以光探針探測點(diǎn)為中心，周圍場景的光照信息，每個(gè)光探針探測點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)入射光場。
步驟3，對于每個(gè)入射光場，通過一組vMF分布函數(shù)擬合入射光場信息。
一個(gè)入射光場可以近似地通過一組vMF分布函數(shù)參數(shù)進(jìn)行表達(dá)，從而使光探針探測點(diǎn)所需要存儲的信息大幅度地被簡化并壓縮。
每個(gè)vMF分布函數(shù)的參數(shù)共計(jì)六個(gè)，且分為三組，第一組為二維極坐標(biāo)表達(dá)的軸線方向μ，第二組為vMF分布寬度λ，第三組為三維顏色值c(R，G，B分量)，為了加速求解過程，步驟3中，使用L-BFGS-B最優(yōu)化算法進(jìn)行擬合，采用固定兩組參數(shù)擬合一組參數(shù)的循環(huán)迭代過程取得最優(yōu)解，得到能夠擬合入射光場的一組vMF分布函數(shù)。
步驟4，依據(jù)渲染點(diǎn)的位置以及步驟1中光探針探測點(diǎn)的位置，得到渲染點(diǎn)周圍鄰域內(nèi)的光探針探測點(diǎn)，對這些光探針探測點(diǎn)的vMF分布函數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算，得到利用vMF分布函數(shù)表達(dá)的渲染點(diǎn)的高光信息。
依據(jù)渲染點(diǎn)的位置可以得到渲染點(diǎn)所在的立方體，利用該立方體所在頂點(diǎn)的光探針探測點(diǎn)的vMF分布函數(shù)進(jìn)行三線性插值計(jì)算，得到利用vMF分布函數(shù)表達(dá)的高光信息。
該步驟中，將vMF分布函數(shù)轉(zhuǎn)換為使用平均方向r表達(dá)，在渲染點(diǎn)所處的多面體內(nèi)，對多面體頂點(diǎn)位置的平均方向r進(jìn)行插值，得到渲染點(diǎn)的平均方向r，然后得到渲染點(diǎn)的vMF分布函數(shù)。
vMF(vonMises-Fishder distribution)是一個(gè)概率密度分布函數(shù)，描述的是在給定軸線方向μ以后，求方向s的概率分布γ(s)：
γ(s)＝c(κ)eκ(μs)
其中，κ是所需要描述的BRDF函數(shù)寬度的倒數(shù)，越高的κ表示方向越集中。
是歸一化因子，sinh是雙曲正弦函數(shù)，除了c(κ)以外，vMF分布和球面高斯(Spherical Gaussian)分布是完全一樣的。
當(dāng)κ遠(yuǎn)大于1時(shí)，vMF近似為以下形式：
將由γ(κ，s)表示的vMF分布函數(shù)，重新表示為||r||的分布函數(shù)γ(||r||)，假設(shè)有一組方向si，i∈[1，M]是由一個(gè)vMF分布函數(shù)γ(s)中產(chǎn)生的一組方向，M為投影區(qū)域內(nèi)包含的像素?cái)?shù)量，通過計(jì)算非歸一化的平均方向來逆向估算該vMF分布函數(shù)的參數(shù)，r指向了對應(yīng)BRDF函數(shù)的平均方向，也即該vMF分布的軸向，而||r||則表明了該平均方向的長度，也即相應(yīng)BRDF函數(shù)的寬度。
步驟5，利用步驟4得到的高光信息進(jìn)行光照計(jì)算并輸出。