一種基于圖像的hdr光照渲染方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于圖像的HDR光照渲染方法，主要包括：把場(chǎng)景渲染到一張二維64位的浮點(diǎn)紋理；將浮點(diǎn)紋理進(jìn)行降采樣、模糊和疊加處理，得到一張BloomMap圖；把HDRSence浮點(diǎn)紋理進(jìn)行FilmicToneMapping，映射之后的值和BloomMap圖進(jìn)行疊加，得到疊加后FinalScene圖并輸出到屏幕幀緩沖。本發(fā)明所述基于圖像的HDR光照渲染方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中光照效果差、明暗細(xì)節(jié)不豐富和渲染速度低等缺陷，以實(shí)現(xiàn)光照效果好、明暗細(xì)節(jié)豐富和渲染速度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于圖像的HDR光照渲染方法。 -種基于圖像的HDR光照渲染方法

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著虛擬3D在生活中應(yīng)用的更加普遍，對(duì)于更快的處理器的需求也在提升，GPU 代替的CPU的密集運(yùn)算，所以在引入浮點(diǎn)方式來(lái)處理和存儲(chǔ)像素的各個(gè)參數(shù)的參與計(jì)算， 這樣大大提高了渲染的速度，同時(shí)GPU可編程的普及也縮短了幾何坐標(biāo)變換處理的執(zhí)行流 程，像素著色單元提供容量大的浮點(diǎn)運(yùn)算，提高的處理的流量，同時(shí)也使圖像的精確度和復(fù) 雜度都提升了，更好的從視覺上展現(xiàn)了從虛擬世界到真實(shí)世界模擬，而高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)對(duì) 實(shí)現(xiàn)圖像質(zhì)量方面有顯著的效果。
[0003] 目前在實(shí)時(shí)光照領(lǐng)域方面，一般都是基于圖形的光照實(shí)現(xiàn)，比如說(shuō)有Phong光照 模型Blinn-Phong光照模型等來(lái)實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景中的光照效果，這樣的效果來(lái)模擬場(chǎng)景中光照 效果差、明暗細(xì)節(jié)不豐富，渲染速度也不高。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在光照效果差、明暗細(xì)節(jié) 不豐富和渲染速度低等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于圖像的HDR光照渲染方法，以實(shí) 現(xiàn)光照效果好、明暗細(xì)節(jié)豐富和渲染速度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于圖像的HDR光照渲染方法， 主要包括： a、 把場(chǎng)景渲染到一張二維64位的浮點(diǎn)紋理； b、 將上述浮點(diǎn)紋理進(jìn)行降采樣、模糊和疊加處理，得到一張 BloomMap圖； c、 把HDRSence浮點(diǎn)紋理進(jìn)行Filmic Tone Mapping,映射之后的值和BloomMap圖進(jìn)行 疊加，得到疊加后FinalScene圖并輸出到屏幕幀緩沖。
[0007] 進(jìn)一步地，所述步驟b，具體包括： bl、把步驟a得到的浮點(diǎn)紋理降采樣到1/4大小的浮點(diǎn)紋理HDRSceneScale，并對(duì)新浮 點(diǎn)紋理HDRSceneScale依次使用linear降采樣得到場(chǎng)景當(dāng)前的平均亮度； b2、根據(jù)得到的場(chǎng)景的平均亮度和一個(gè)閾值的參數(shù)值并結(jié)合HDRSenceScale得到一張 BrightPass 圖； b3、對(duì)亮度閾值圖進(jìn)行高斯模糊得到一張 BrightPassBlur圖，然后再對(duì)其進(jìn)行降采樣 1/2得到一張 BrightPassBlur_Half圖，再次重復(fù)前面的步驟，得到一張 BrightPassBlur_ Quarter圖，依次得到三張不同分辨率的亮度模糊圖并將其顏色疊加得到最終的得到一張 亮度閾值圖； b4、將步驟b3最終得到的亮度閾值圖進(jìn)行多次橫向模糊，得到橫向的光暈就形成了一 張炫光圖star map，然后在與亮度閾值圖進(jìn)行疊加得到一張 BloomMap圖。
[0008] 進(jìn)一步地，所述步驟bl，具體包括： ⑴經(jīng)過(guò)光柵化后的浮點(diǎn)紋理由像素來(lái)填充，把上述場(chǎng)景的浮點(diǎn)紋理降采樣得到1/4大 小的紋理圖像，每個(gè)像素都對(duì)應(yīng)一個(gè)亮度值，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，主要包括： a、 把場(chǎng)景渲染到一張二維64位的浮點(diǎn)紋理； b、 將上述浮點(diǎn)紋理進(jìn)行降采樣、模糊和疊加處理，得到一張 BloomMap圖； c、 把HDRSence浮點(diǎn)紋理進(jìn)行Filmic Tone Mapping,映射之后的值和BloomMap圖進(jìn)行 疊加，得到疊加后FinalScene圖并輸出到屏幕幀緩沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述步驟b，具 體包括： bl、把步驟a得到的浮點(diǎn)紋理降采樣到1/4大小的浮點(diǎn)紋理HDRSceneScale，并對(duì)新浮 點(diǎn)紋理HDRSceneScale依次使用linear降采樣得到場(chǎng)景當(dāng)前的平均亮度； b2、根據(jù)得到的場(chǎng)景的平均亮度和一個(gè)閾值的參數(shù)值并結(jié)合HDRSenceScale得到一張 BrightPass 圖； b3、對(duì)亮度閾值圖進(jìn)行高斯模糊得到一張 BrightPassBlur圖，然后再對(duì)其進(jìn)行降采樣 1/2得到一張 BrightPassBlur_Half圖，再次重復(fù)前面的步驟，得到一張 BrightPassBlur_ Quarter圖，依次得到三張不同分辨率的亮度模糊圖并將其顏色疊加得到最終的得到一張 亮度閾值圖； b4、將步驟b3最終得到的亮度閾值圖進(jìn)行多次橫向模糊，得到橫向的光暈就形成了一 張炫光圖star map，然后在與亮度閾值圖進(jìn)行疊加得到一張 BloomMap圖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述步驟bl，具 體包括： ⑴經(jīng)過(guò)光柵化后的浮點(diǎn)紋理由像素來(lái)填充，把上述場(chǎng)景的浮點(diǎn)紋理降采樣得到1/4大 小的紋理圖像，每個(gè)像素都對(duì)應(yīng)一個(gè)亮度值，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
(1); 其中I(i)為每i個(gè)像素的亮度值，c(i)為每i個(gè)像素的顏色值，0為一個(gè)預(yù)設(shè)常 量；然后對(duì)每個(gè)像素的亮度值求對(duì)數(shù)運(yùn)算得到新的亮度值L(i)為：
(2); ⑵有上述的得到HDRSceneScale紋理中每個(gè)像素的亮度值，然后對(duì)該像素周圍的亮度 值進(jìn)行采樣，把采樣的結(jié)果存儲(chǔ)在預(yù)先創(chuàng)建的64*64大小的二維紋理中：
(3)； 其中,N=9為需要采樣像素的數(shù)量,P(i)為第i個(gè)像素亮度值，為中心像素的平 均亮度值；然后依次遍歷降采樣紋理的每個(gè)像素的亮度值，并寫入一張64*64大小的亮度 圖； ⑶基于上述得到的亮度圖，在此基礎(chǔ)上降采樣得到1/4的亮度圖，即64*64大小紋理 圖，然后利用系統(tǒng)自帶的線性過(guò)濾linear采樣，把亮度依次寫入到16*16紋理大小的亮度 圖副本，4*4紋理大小的亮度圖副本，1*1的紋理大小亮度圖，這張1*1圖的結(jié)果就是該場(chǎng)景 當(dāng)前的平均亮度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述步驟b2,具 體包括： 基于上述計(jì)算場(chǎng)景中的平均亮度值和傳入的一個(gè)閾值并結(jié)合HDRSenceScale圖，得到 一張亮度閾值圖，這個(gè)閾值可以調(diào)節(jié)的一個(gè)定值，它的作用是過(guò)濾掉閾值以下暗部顏色，這 張圖顯示出場(chǎng)景那些像素由于明暗反差過(guò)大出現(xiàn)光暈的效果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述步驟b3,具 體包括： ⑴首先基于上述得到的亮度閾值圖，對(duì)其進(jìn)行作一次雙向高斯模糊，橫向一次，縱向一 次，得到一張 BrightPassBlur 圖； 高斯模糊是一種圖像濾波器，它用正態(tài)分布計(jì)算圖像中每個(gè)像素的變換，采用二維空 間的正態(tài)分布方程為：
其中0*正態(tài)分布的方差，u, v是像素的坐標(biāo)值； 它是利用相鄰像素的加權(quán)值來(lái)表示該點(diǎn)的像素值；然后對(duì)亮度閾值圖在橫向進(jìn)行一次 高斯矩陣變換，然后在對(duì)縱向進(jìn)行依次高斯矩陣變換，得到與二維矩陣變換相同的效果； ⑵對(duì)上述高斯模糊后的BrightPassBlur圖進(jìn)行降采樣1/2,然后進(jìn)行同樣的高斯模糊 操作得到一張 BrightPassBlur_Half 圖； ⑶然后將上述的模糊后圖像再次降采樣1/2,然后進(jìn)行同樣的高斯模糊操作得到一張 BrightPassBlur_Quarter 圖； ⑷將上述得到的 BrightPassBlur 圖、BrightPassBlur_Half 圖和 BrightPassBlur_ Quarter圖三張不同模糊程度的圖像的顏色進(jìn)行疊加，把不同分辨率的BrightPassBlur_ Half圖和BrightPassBlur_Quarter圖縮放到BrightPassBlur圖大小，然后進(jìn)行對(duì)應(yīng)像素 的顏色進(jìn)行相加，得到一張最終的亮度閾值圖Bri ghtPass。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述步驟b4,具 體包括： ⑴將上述得到的BrightPass圖，經(jīng)行多次橫向的模糊，得到橫向的光暈，得到一張炫 光Star Map圖，這樣的算法可以用來(lái)模擬炫光的效果； 設(shè)定取BrightPass圖任意一點(diǎn)的像素，取此像素的左邊P個(gè)像素，右邊Q個(gè)像素，P、Q 為整數(shù)，那么該點(diǎn)的像素顏色值為：
(4)； 其中每i個(gè)像素的像素值，M=P+Q+1，想要更加的模糊時(shí)，P，Q的取值增大得到的圖像更 模糊，這樣的橫向模糊后得到一張炫光圖； ⑵將上述得到的炫光圖和步驟4得到的亮度閾值圖進(jìn)行顏色疊加得到最終的 BloomMap 圖。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于圖像的HDR光照渲染方法，其特征在于，所述 步驟a，具體包括： 在繪制場(chǎng)景紋理時(shí)，在紋理空間中UV平面上預(yù)先定義紋理圖像映射到景物空間的三 維景物表面。
【文檔編號(hào)】G06T15/50GK104157005SQ201410382964
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】張翼 申請(qǐng)人:無(wú)錫梵天信息技術(shù)股份有限公司