基于GPU光栅器的场景体素化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115953290A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202211660456.1(22)申请日2022.12.23(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路三号巷11号(72)发明人高天寒黎凡(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109专利代理师梁焱(51)Int.Cl.G06T3/00(2006.01)G06T15/55(2011.01)权利要求书3页说明书6页附图2页(54)发明名称基于GPU光栅器的场景体素化方法(57)摘要本发明提供一种基于GPU光栅器的场景体素化方法，涉及实时渲染技术领域。该方法将网格模型物体空间位置转换到齐次裁剪空间，采用基于图元最大投影面翻转图元的技术来解决因为图元与相机方向形成掠射角导致的体素缺缝问题，然后采取扩展图元边缘的保守光栅化技术来解决因为图元只覆盖了体素的一部分而没有覆盖住体素中心位置导致的体素缺缝问题，求所有图元信息的平均数值，视为所有覆盖该体素的图元都对该体素产生同等程度的贡献，并引入访问控制以及数据转换的操作。本发明进一步优化改进的体素化方式，能够满足电子游戏等实时交互速率的应用场景。CN115953290ACN115953290A权利要求书1/3页1.一种基于GPU光栅器的场景体素化方法，其特征在于：包括如下步骤步骤1、将网格模型物体空间位置转换到齐次裁剪空间；步骤2、采用基于图元最大投影面翻转图元的技术来解决因为图元与相机方向形成掠射角导致的体素缺缝问题；步骤3、采取扩展图元边缘的保守光栅化技术来解决因为图元只覆盖了体素的一部分而没有覆盖住体素中心位置导致的体素缺缝问题；步骤4、求所有图元信息的平均数值，视为所有覆盖该体素的图元都对该体素产生同等程度的贡献，并引入访问控制以及数据转换的操作。2.根据权利要求1所述的基于GPU光栅器的场景体素化方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：步骤1.1、将网格模型的顶点位置通过空间变换转换到其次裁剪空间中，具体变换顺序为首先将网格模型顶点位置从模型空间变换到世界空间，获得以世界空间原点为轴点的绝对位置，方便确定不同网格模型间的相对关系；然后再将网格模型顶点从世界空间转换到观察空间，直观的描述网格模型顶点与相机中心的相对位置；最后是将网格模型顶点从观察空间转换到齐次裁剪空间，这个齐次裁剪空间主要是为了对渲染图元进行裁剪，完全处于视锥体范围内的图元保留，将处于视锥体范围外的图元剔除，而与视锥体边界相交的图元则会被裁剪，于边界处生成新的顶点；步骤1.2、根据平台差异处理最后获得的齐次裁剪空间模型顶点位置，保证顶点位置中xyz三轴坐标取值范围一致。3.根据权利要求2所述的基于GPU光栅器的场景体素化方法，其特征在于：所述步骤1.1中，将网格模型的顶点位置通过空间变换转换到其次裁剪空间中，过程中需要使用到MVP矩阵：其中，Tx、Ty、Tz为网格模型空间原点在世界空间中的坐标；Sx、Sy、Sz为在世界空间中网格模型沿每个轴向的拉伸量；R、U、Dir为视角空间xyz轴在世界空间中的表示，不同下标代表不同分量；P为相机原点在世界空间下的坐标，不同下标代表不同分量；l、r分别为正交相2CN115953290A权利要求书2/3页机视锥在视角空间下的左右边界值，t、b分别为正交相机视锥在视角空间下的上下边界值，f、n分别为正交相机视锥在视角空间下的远近边界值；通过Model矩阵Mmodel将网格模型顶点位置从模型空间变换到世界空间，通过View矩阵Mviewport将网格模型顶点从世界空间转换到观察空间，采用正交投影矩阵Mortho将网格模型顶点从观察空间转换到齐次裁剪空间。4.根据权利要求2所述的基于GPU光栅器的场景体素化方法，其特征在于：所述步骤1.2中，在OpenGL环境中，网格模型顶点在变换到其次裁剪空间后，三轴坐标取值范围都在正负w分量范围内，不需要进行额外调整；而在DirectX环境下，xy轴的取值范围默认为正负w分量，z轴则根据是否开启反向z缓冲特性而处于w至0或者0至w的取值范围，因此需要将z轴分量根据情况使用不同映射，调整到与xy轴相同的正负w分量范围。5.根据权利要求1所述的基于GPU光栅器的场景体素化方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：步骤2.1、在几何着色器中获取构成一个三角形图元的三个顶点ABC，计算出向量BA和向量CA后，将向量BA与CA进行叉乘操作：向量叉乘能获得垂直于这两个向量所在平面的另一个向量，此处用来求解三角形图元的面法线，然后根据面法线中xyz分量中绝对值最大的分量即能判定图元在哪个方向有着最大投影面积；步骤2.2、将三趟光栅化过程简化成一趟，在几何着色器中判断出最大投影面积所在平面不为xy平