一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理方法和系统与流程

本申请涉及计算机图形处理，具体涉及一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理方法和系统。

背景技术：

1、渲染是在电脑绘图时，通过软件将模型生成图像的过程。模型是用语言或者数据结构进行严格定义的三维物体或虚拟场景的描述，它包括几何，视点，纹理，照明和阴影等信息。图像是数字图像或者位图图像，渲染用于通过计算机视频编辑软件中的效果来生成最终视频的输出过程。渲染是三维计算机图形学中的重要的研究课题之一，并且在实践领域与其他技术密切相关，在图形流水线中，渲染是最后一项重要步骤，通过它得到模型与动画的最后显示效果。现在已经有各种不同的渲染工具产品，有些集成到更大的建模或者动画中，有些是独立产品，有些是开源的产品，从内部来看，渲染工具是根据各种学科理论，经过仔细设计的程序，其中包括光学、视觉感知、数字以及软件开发等。

2、三维计算机图像预渲染或者实时渲染的速度都非常慢。预渲染的计算强度很大，需要大量的服务器运算完成，通常被用于电影制作；实时渲染常用于三维视频游戏，通常透过图形处理器（gpu）完成这个过程。一般计算机渲染流程管线设计主要是基于光栅化技术是将图像分解为一系列像素，然后在计算机屏幕上逐个绘制这些像素，从而形成连续的图像。在此过程中，计算机会对每个像素进行颜色填充，并进行深度排序和遮挡消除等处理，以确保图像的逼真度和清晰度。

3、阴影的产生是因为本来应该投射到物体表面的光被其他物体遮挡了。光线追踪原理是从视线（相机）方向发出一条射线，首先判断是否与待渲染场景中的几何体相交，然后计算相交点与光源之间的方向向量，并根据该方向向量去求出漫反射、镜面反射等。因此，阴影的渲染是先判断在这个相交点与光源之间是否存在别的物体，如果存在则表示该点被遮挡，便不需要进行后续的光照计算。然而如果直接使用球体上的交点，那么始终会算出来交点与光源之间的向量与自己相交，这样是不对的，现有技术中通过将交点沿着法线方向移动一段很小的距离避免这种情况，但该方式必然会使阴影渲染的效果产生偏差。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是如何应用光线追踪技术实现阴影效果的实时渲染。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理方法，包括：

3、基于光线追踪算法获取待渲染图像的像素点p及其对应在待渲染场景中几何体上的实物点p；

4、获取所述实物点p与光源中每个发光点的光影连线段，并依据穿过遮挡体的光影连线段的数量设定所述像素点p的阴影渲染值；当对应所述实物点p的光影连线段中至少有一个穿过所述遮挡体时，则设定所述实物点p在所述遮挡体的阴影范围。

5、一实施例中，实时渲染处理方法还包括：

6、设定所述阴影范围包括硬阴影，所述硬阴影中的每个所述实物点p其对应的每个所述光影连线段都穿过所述遮挡体；其中，所述硬阴影内的所述实物点p对应的所述像素点p的阴影渲染值都相同，且取阴影渲染值为渲染极限值；所述渲染极限值为最大值或最小值。

7、一实施例中，实时渲染处理方法还包括：

8、设定所述阴影范围包括软阴影，所述软阴影中的每个所述实物点p其对应的所述光影连线段中至少有一个穿过所述遮挡体；其中，所述软阴影内穿过所述遮挡体的光影连线段越多的所述实物点p，其对应的所述像素点p的阴影渲染值越接近所述渲染极限值。

9、一实施例中，实时渲染处理方法还包括：

10、在所述软阴影内划分至少一个等高带，在同一等高带上的每个所述实物点p其对应的所述像素点p的阴影渲染值都相同，通过对同一等高带上预设数量的不同所述实物点p进行采样获取其对应的所述像素点p的阴影渲染值，作为该等高带上每个所述实物点p对应的所述像素点p的阴影渲染值。

11、一实施例中，所述等高带的获取方法包括：

12、获取阴影渲染后连续的至少两帧阴影渲染图像，并依据每帧阴影渲染图像中所述像素点p的阴影渲染值在所述软阴影内划分至少一个等高带；

13、依据连续帧的所述阴影渲染图像获取所述待渲染图像中所述等高带的分布。

14、一实施例中，所述依据连续帧的所述阴影渲染图像获取所述待渲染图像中所述等高带的分布，包括：

15、应用预设的神经网络算法获取所述待渲染图像中所述等高带的分布。

16、一实施例中，所述依据连续帧的所述阴影渲染图像获取所述待渲染图像中所述等高带的分布，包括：

17、依据所述遮挡体相对所述光源的动态移动规律获取所述待渲染图像中所述等高带的分布。

18、一实施例中，实时渲染处理方法还包括：

19、应用时空方差引导过滤算法对阴影渲染后获取的阴影渲染图像进行降噪处理。

20、根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现第一方面所述的方法。

21、根据第三方面，一种实施例中提供一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理系统，用于应用如第一方面所述的实时渲染处理方法，所述实时渲染处理系统包括：

22、实物获取单元，用于基于光线追踪算法获取待渲染图像的像素点p及其对应在待渲染场景中几何体上的实物点p；

23、渲染单元，用于获取所述实物点p与光源中每个发光点的光影连线段，并依据穿过遮挡体的光影连线段的数量设定所述像素点p的阴影渲染值；当对应所述实物点p的光影连线段中至少有一个穿过所述遮挡体时，则设定所述实物点p在所述遮挡体的阴影范围。

24、依据上述实施例的实时渲染处理方法，由于依据穿过遮挡体的光影连线段的数量来设定像素点p的阴影渲染值，实现光线追踪在动态下实现硬阴影和软阴影的快速渲染，使得阴影渲染效果更好、更快速。

技术特征：

1.一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的实时渲染处理方法，其特征在于，还包括：

3.如权利要求2所述的实时渲染处理方法，其特征在于，还包括：

4.如权利要求3所述的实时渲染处理方法，其特征在于，还包括：

5.如权利要求4所述的实时渲染处理方法，其特征在于，所述等高带的获取方法包括：

6.如权利要求5所述的实时渲染处理方法，其特征在于，所述依据连续帧的所述阴影渲染图像获取所述待渲染图像中所述等高带的分布，包括：

7.如权利要求5所述的实时渲染处理方法，其特征在于，所述依据连续帧的所述阴影渲染图像获取所述待渲染图像中所述等高带的分布，包括：

8.如权利要求3所述的实时渲染处理方法，其特征在于，还包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述的实时渲染处理方法。

10.一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理系统，其特征在于，用于应用如权利要求1-8中任一项所述的实时渲染处理方法，所述实时渲染处理系统包括：

技术总结
本申请公开了一种用于光线追踪阴影的实时渲染处理方法和系统,首先基于光线追踪算法获取待渲染图像的像素点p及其对应在待渲染场景中几何体上的实物点P；然后获取实物点P与光源中每个发光点的光影连线段，并依据穿过遮挡体的光影连线段的数量设定像素点p的阴影渲染值。其中，当对应实物点P的光影连线段中至少有一个穿过遮挡体时，则设定实物点P在遮挡体的阴影范围。由于是依据穿过遮挡体的光影连线段的数量来设定像素点p的阴影渲染值，实现光线追踪在动态下实现硬阴影和软阴影的快速渲染，使得阴影渲染效果更好、更快速。

技术研发人员：卜友竹
受保护的技术使用者：深圳图为技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8