一种面向3D场景的光线追踪优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108090947A(43)申请公布日2018.05.29(21)申请号201810004292.4(22)申请日2018.01.03(71)申请人沈阳品尚科技有限公司地址110006辽宁省沈阳市和平区五里河街51号2407房间(72)发明人高天寒王天阳(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人胡晓男(51)Int.Cl.G06T15/06(2011.01)G06T15/00(2011.01)G06T15/50(2011.01)权利要求书2页说明书8页附图7页(54)发明名称一种面向3D场景的光线追踪优化方法(57)摘要本发明提供一种面向3D场景的光线追踪优化方法，包括：创建3D场景的包围盒和3D场景中每个物体的AABB包围盒；建立3D场景的KD-Tree；建立渲染管道。本发明通过使用GPU并行计算来提升光线追踪的渲染效率。不同于以往直接使用CPU对结点进行计算，同过并行计算解决光线追踪过程中大量重复的冗余计算。在基于传统SAH算法划分的基础上，对结点的优化划分处理。为了进一步提升渲染效率，本发明将KD-Tree划分的任务块通过共享内存进行进一步的加速与优化，减少GPU与memory的传输次数，从而提高效率，提升渲染效果，通过对KD-Tree的结点进行分类，将传统KD-Tree中的同一种结点划分为不同种类的两种结点，同过对不同的结点处理实施不同的处理方法。这样同过这种方式可以增加渲染效率。CN108090947ACN108090947A权利要求书1/2页1.一种面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，包括：步骤1、创建3D场景的包围盒和3D场景中每个物体的AABB包围盒；步骤2、建立3D场景的KD-Tree；步骤3、建立渲染管道。2.根据权利要求1所述的面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，所述步骤1，包括：步骤1.1：使用CPU获取3D场景：加载3D场景中的三角形片源；步骤1.2：通过3D场景中每个物体的各三角形的三个顶点，GPU并行计算确定物体AABB包围盒的坐标范围及整个3D场景的AABB包围盒的坐标范围，并依此确定物体AABB包围盒的max值和min值、整个3D场景的AABB包围盒的max值和min值；步骤1.3：用三角形作为构造函数，根据确定的max值和min值使用CPU创建整个3D场景的AABB包围盒、3D场景中每个物体的AABB包围盒。3.根据权利要求1所述的面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，所述步骤2中KD-Tree通过SAH方法作为标准建立的，具体方法是：步骤2.1：通过CPU将整个3D场景的AABB包围盒作为根结点；步骤2.2：根据设定数量选取待划分面，利用GPU并行运算将待划分面预划分整个3D场景的AABB包围盒；步骤2.3：通过GPU计算表面积和计算预划分生成的AABB包围盒中涵盖内容的代价值，计算预划分生成的AABB包围盒的SAH值；步骤2.4：选取所述代价值与SAH值最为相近时对应的待划分面为划分面；步骤2.5：利用划分面将根结点划分为两个孩子结点，通过设定的阈值判断，其为大结点或小结点，如果为小结点通过GPU完成，若为大结点，通过CPU完成；步骤2.6：对两个孩子结点分别做步骤2.3-2.5的操作，直到每个孩子结点的三角形数目达到阈值时，建立出以整个3D场景的AABB包围盒为根结点的KD-Tree。4.根据权利要求1所述的面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，所述步骤3，包括：步骤3.1：变换处理：通过CPU运算将3D场景中的物体模型从自身坐标系转换到摄像机坐标系下；步骤3.2：裁剪处理：通过CPU运算将视锥体外的3D场景临时舍弃掉；步骤3.3：采用单点透视进行光线追踪投影，通过CPU与GPU的协调运算把三维物体变为二维图形表示；步骤3.4：光栅化：从物体模型变换到像素的过程。5.根据权利要求4所述的面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，所述步骤3.3，包括：步骤3.3.1：根据输入数据确定观察点与像素点；步骤3.3.2：通过CPU运算根据观察点与像素点生成射线，每个线程负责一条射线；步骤3.3.3：根据生成的射线向3D场景的KD-Tree做相交检测，其中涉及到大结点时使用CPU计算，涉及到小结点包围盒时使用GPU并行计算；步骤3.3.4：相交检测过程中，根据射线碰撞的KD-Tree结点的光学属性，确定光线路径2CN108090947A权利要求书2/2页上所累加的像素并通过GPU进行累加计算，并且确定射线的新的传播方向；步骤3.3.5：将步骤3.3.4得到的结果投射在屏幕上。6.根据权利要求5所述的面向3D场景的光线追踪优化方法，其特征在于，所述步骤3.3.4中确定光