一种实时变焦光线追踪渲染引擎.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CN107665501A(43)申请公布日2018.02.06(21)申请号201610618848.X(22)申请日2016.07.29(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人严伟袁诗明(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360代理人苏爱华(51)Int.Cl.G06T15/06(2011.01)G06T15/50(2011.01)G06T15/00(2011.01)权利要求书1页说明书5页附图1页(54)发明名称一种实时变焦光线追踪渲染引擎(57)摘要本专利发明了一种实时变焦光线追踪渲染引擎。该引擎使用光线追踪渲染技术，将三维场景模型的数据通过计算转换为二维数字图像，图像中的每一个像素的颜色值都根据三维场景中的物体的几何结构、物体表面及内部的光学特性等参数决定。本专利通过对虚拟摄像机模型的建模，实现了虚拟摄像头对焦距等参数变化的实时处理。通过对同光口径、焦距等参数的动态配置，用户使用本专利发明的虚拟摄像机数据结构，可以实时地观察并获得有背景虚化效果的渲染结果。CN107665501ACN107665501A权利要求书1/1页1.一种实时变焦的光线追踪渲染引擎，包括：可实时变焦的虚拟摄像机模型，所述光线追踪渲染引擎，其特征在于，包括：一虚拟摄像机模型。所述渲染引擎基于一个可实时改变焦距和透光口径参数的虚拟摄像机模型。一虚拟摄像机模型的数据结构。所述渲染引擎基于此数据结构。该数据结构中，有可供使用者实时调节的参数，如透光口径和焦距。通过调整上述参数，使用者可以实时地获得背景虚化的渲染效果。一虚拟摄像机模型的数据结构在光线追踪渲染算法中的实施。通过光线追踪渲染算法，将虚拟场景转换成二维的图片，通常处处锐利。使用所述的实时可变焦的虚拟摄像机模型，可以获得实时的背景虚化的渲染效果。2.如权利要求1所述的实时可变焦的虚拟摄像机模型，其特征在于，所述的模型包括透光口径参数，透光口径的调节导致不同的背景虚化的程度。3.如权利要求1所述的实时可变焦的虚拟摄像机模型，其特征在于，所述的模型包括焦距参数。焦距的调节导致不同的背景虚化的程度。2CN107665501A说明书1/5页一种实时变焦光线追踪渲染引擎技术领域[0001]本发明属于计算机图形学中三维场景渲染算法实现，具体地是使用光线追踪渲染算法，建立可实时变焦的摄像机模型，将三维场景模型转换为可视的二维图片。背景技术[0002]渲染是选取一个或多个视角，将描述三维场景的数据模型通过计算，输出二维数字图片的过程。渲染是计算机图形学中“可视化”的重要步骤。渲染是将输入的三维场景模型数据通过计算得到像素阵列的过程。渲染算法的核心，是厘清场景中的每一个物体对每一个像素的影响。从场景中的物体和画面上的像素的关系考虑，渲染技术可以被分成两类：对象导向渲染(Object-orderRendering)和像素导向渲染(Image-orderRendering)。对象导向渲染从三维场景中每个物体的角度出发，依次考察每个物体对所有像素的影响；像素导向渲染从二维画面中的每个像素的角度出发，依次考察每个像素，以及作用于被考察像素的所有物体。[0003]通常，渲染算法必须在渲染速度和输出结果的保真度上做出一定的取舍，有的渲染方式提供很好的实时交互性能，即牺牲了保真度而保全了渲染速度；有的渲染方式则通过高出几个数量级的计算复杂度，即牺牲了速度而保全了保真度。正是为了应对各种软硬件系统中交互速度和保真度的折中和取舍，研究者发明了多种渲染算法。简单快速的算法常常忽略许多光学效应，比如仅考虑到本地着色和阴影。这类方法属于“本地照明算法”(LocalIlluminationAlgorithm)，因为此类算法只考虑一部分光线，而忽略了大部分与反射或透射表面相关的光路。与之相反的，“全局照明算法”(GlobalIlluminationAlgorithm)则更为完整地模拟了场景中发生的光学现象，有时甚至包括交互漫反射和焦散等较复杂的光学现象。比如渲染一个阳光下的水池的场景时，考虑水池底部材料的漫反射现象。全局照明算法有两个计算特点：(1)难以预测数据访问的模式；(2)较高的算法复杂度。用全局照明算法渲染一幅高品质的图片常常需要花费上百小时，对一部数十帧每秒(fps)的电影做渲染，耗费的时间数以月计，常常渲染一部电影需要处理几百太拉字节(Terabyte)的场景数据和临时数据。全局照明渲染算法数据访问模式的难以预测和三维场景数据和临时数据的规模之庞大，也意味着即便存在某种直接的并行方式，由于计算机系统的存储资源的限制，它能胜任渲染工作的可能性也很小。同时，通用微处理器的发展速度已经难以跟上三维模