專利名稱：一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法。
背景技術(shù)：
全局光照模型依據(jù)物理學(xué)原理刻畫光能在虛擬環(huán)境中的傳遞，在真實感圖像合成領(lǐng)域扮演著十分重要的角色。繪制方程與位勢方程從不同的角度準(zhǔn)確地定義了全局光照模型。根據(jù)該模型計算虛擬環(huán)境中某個區(qū)域、某個方向上的光通量，即為全局光照計算，這在數(shù)學(xué)上歸結(jié)為一系列(直至無窮多個)維數(shù)不斷增加的(直至無限維)積分的和，是一類非常難解的問題。蒙特卡羅方法，又稱隨機抽樣方法，是一種與一般數(shù)值計算方法有本質(zhì)區(qū)別的計算方法，起源于早期的用幾率近似計算方法有本質(zhì)區(qū)別的計算方法，起源于早期的用幾率統(tǒng)計特征值(如均值等)作為待解問題的數(shù)值解。計算復(fù)雜的多重積分是蒙特卡羅方法的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。1986年，Kajiya首次將蒙特卡羅方法應(yīng)用到全局光照領(lǐng)域，提出以建立從視點到光源的隨機游動鏈為基礎(chǔ)的蒙特卡羅光徑跟蹤算法來逐像素地生成圖像。須注意的是，蒙特卡羅光徑跟蹤屬于蒙特卡羅全局光照方法，如目前應(yīng)用廣泛的Witoton Mapping算法，生成圖像的基本框架。蒙特卡羅光徑跟蹤的核心環(huán)節(jié)在于抽樣穿過像素的光徑樣本，像素值即為所有光徑樣本光照值的均值。蒙特卡羅光徑跟蹤計算簡單，具有普適性，適于計算其他確定性數(shù)值方法無法計算的復(fù)雜場景光照，可以模擬軟陰影、洇色和焦散等各種全局光照效果。當(dāng)場景中存在非常復(fù)雜的反射模型需要渲染的時候，蒙特卡羅方法更為適用。但是，在基于蒙特卡羅的全局光照算法中，當(dāng)每個像素的采樣量不足時，生成的圖像存在大量噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決生成的圖像存在大量噪聲的問題，本發(fā)明提供了一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法，詳見下文描述—種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法，所述方法包括以下步驟(1)在像素區(qū)域內(nèi)隨機地抽樣η個采樣點，以視點出發(fā)產(chǎn)生η條射線穿過所述η個采樣點射進場景中，獲得對應(yīng)于各條光線的光照值L及R、G和B分量；(2)根據(jù)所述光照值L及所述R、G和B分量計算任一像素通道的熵H，根據(jù)所述熵 H定義像素顏色對比度并進行歸一化處理，獲取每個像素的質(zhì)量q ；(3)判斷所述每個像素的質(zhì)量q是否小于質(zhì)量閾值，如果是，執(zhí)行步驟(5)；如果否，執(zhí)行步驟⑷；(4)按照預(yù)設(shè)準(zhǔn)則增加所述采樣點的數(shù)量，重新執(zhí)行步驟O)；(5)對每個像素進行采樣，獲取采樣后的圖像；其中，步驟⑵中的所述根據(jù)所述光照值L及所述R、G和B分量計算任一像素通道的熵H，根據(jù)所述熵H定義像素顏色對比度并進行歸一化處理，獲取每個像素的質(zhì)量q具體為根據(jù)信息熵的定義，任一像素通道的熵定義為
權(quán)利要求
1.一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)在像素區(qū)域內(nèi)隨機地抽樣η個采樣點，以視點出發(fā)產(chǎn)生η條射線穿過所述η個采樣點射進場景中，獲得對應(yīng)于各條光線的光照值L及R、G和B分量；(2)根據(jù)所述光照值L及所述R、G和B分量計算任一像素通道的熵H，根據(jù)所述熵H定義像素顏色對比度并進行歸一化處理，獲取每個像素的質(zhì)量q ；(3)判斷所述每個像素的質(zhì)量q是否小于質(zhì)量閾值，如果是，執(zhí)行步驟(5)；如果否，執(zhí)行步驟⑷；(4)按照預(yù)設(shè)準(zhǔn)則增加所述采樣點的數(shù)量，重新執(zhí)行步驟(2)；(5)對每個像素進行采樣，獲取采樣后的圖像；其中，步驟( 中的所述根據(jù)所述光照值L及所述R、G和B分量計算任一像素通道的熵 H，根據(jù)所述熵H定義像素顏色對比度并進行歸一化處理，獲取每個像素的質(zhì)量q具體為 根據(jù)信息熵的定義，任一像素通道的熵定義為H(X) = -Y4P1XogP1i=\其中，凡=Α /Σ^ΙΑ表示第i條光線的C種顏色通道與穿過這個像素的所有光線的C種顏色通道分量的比值；定義所述像素顏色對比度并歸一化為TTCc=I-~— log/W每個像素的質(zhì)量q定義為4麵L = -Tm Lm"=1 ‘其中，〗表示平均樣本光照值，m代表顏色通道個數(shù)，^fiI1 C表征了所述R、G和B分量之間的平均差異大小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法，其特征在于，步驟中的所述按照預(yù)設(shè)準(zhǔn)則具體為所述采樣點的數(shù)量達到最大采樣點數(shù)量或所述每個像素的質(zhì)量q大于等于所述質(zhì)量閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒙特卡羅全局光照的自適應(yīng)抽樣方法，涉及圖像處理領(lǐng)域，在像素區(qū)域內(nèi)隨機地抽樣n個采樣點，以視點出發(fā)產(chǎn)生n條射線穿過所述n個采樣點射進場景中，獲得對應(yīng)于各條光線的光照值L及R、G和B分量；根據(jù)所述光照值L及所述R、G和B分量計算任一像素通道的熵H，根據(jù)所述熵H定義像素顏色對比度并進行歸一化處理，獲取每個像素的質(zhì)量q；判斷所述每個像素的質(zhì)量q是否小于質(zhì)量閾值，如果是，對每個像素進行采樣，獲取采樣后的圖像；如果否，按照預(yù)設(shè)準(zhǔn)則增加所述采樣點的數(shù)量，重新獲取每個像素的質(zhì)量q；本發(fā)明提供的方法實現(xiàn)簡單，對復(fù)雜場景的適用性同樣很強，解決了生成的圖像存在大量噪聲的問題。
文檔編號G06T15/50GK102314703SQ20111015815
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者徐慶, 楊振 申請人:天津大學(xué)