一種基於圖像的hdr光照渲染方法
2023-12-02 13:02:26 2
一種基於圖像的hdr光照渲染方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖像的HDR光照渲染方法，主要包括：把場景渲染到一張二維64位的浮點紋理；將浮點紋理進行降採樣、模糊和疊加處理，得到一張BloomMap圖；把HDRSence浮點紋理進行FilmicToneMapping，映射之後的值和BloomMap圖進行疊加，得到疊加後FinalScene圖並輸出到屏幕幀緩衝。本發明所述基於圖像的HDR光照渲染方法，可以克服現有技術中光照效果差、明暗細節不豐富和渲染速度低等缺陷，以實現光照效果好、明暗細節豐富和渲染速度高的優點。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機圖形學領域，具體地，涉及一種基於圖像的HDR光照渲染方法。 -種基於圖像的HDR光照渲染方法
【背景技術】
[0002] 隨著虛擬3D在生活中應用的更加普遍，對於更快的處理器的需求也在提升，GPU 代替的CPU的密集運算，所以在引入浮點方式來處理和存儲像素的各個參數的參與計算， 這樣大大提高了渲染的速度，同時GPU可編程的普及也縮短了幾何坐標變換處理的執行流 程，像素著色單元提供容量大的浮點運算，提高的處理的流量，同時也使圖像的精確度和復 雜度都提升了，更好的從視覺上展現了從虛擬世界到真實世界模擬，而高動態範圍技術對 實現圖像質量方面有顯著的效果。
[0003] 目前在實時光照領域方面，一般都是基於圖形的光照實現，比如說有Phong光照 模型Blinn-Phong光照模型等來實現的場景中的光照效果，這樣的效果來模擬場景中光照 效果差、明暗細節不豐富，渲染速度也不高。
[0004] 在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在光照效果差、明暗細節 不豐富和渲染速度低等缺陷。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種基於圖像的HDR光照渲染方法，以實 現光照效果好、明暗細節豐富和渲染速度高的優點。
[0006] 為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種基於圖像的HDR光照渲染方法， 主要包括： a、 把場景渲染到一張二維64位的浮點紋理； b、 將上述浮點紋理進行降採樣、模糊和疊加處理，得到一張 BloomMap圖； c、 把HDRSence浮點紋理進行Filmic Tone Mapping,映射之後的值和BloomMap圖進行 疊加，得到疊加後FinalScene圖並輸出到屏幕幀緩衝。
[0007] 進一步地，所述步驟b，具體包括： bl、把步驟a得到的浮點紋理降採樣到1/4大小的浮點紋理HDRSceneScale，並對新浮 點紋理HDRSceneScale依次使用linear降採樣得到場景當前的平均亮度； b2、根據得到的場景的平均亮度和一個閾值的參數值並結合HDRSenceScale得到一張 BrightPass 圖； b3、對亮度閾值圖進行高斯模糊得到一張 BrightPassBlur圖，然後再對其進行降採樣 1/2得到一張 BrightPassBlur_Half圖，再次重複前面的步驟，得到一張 BrightPassBlur_ Quarter圖，依次得到三張不同解析度的亮度模糊圖並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，然後在與亮度閾值圖進行疊加得到一張 BloomMap圖。
[0008] 進一步地，所述步驟bl，具體包括： ⑴經過光柵化後的浮點紋理由像素來填充，把上述場景的浮點紋理降採樣得到1/4大 小的紋理圖像，每個像素都對應一個亮度值，其對應關係為：
【權利要求】
1. 一種基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，主要包括： a、 把場景渲染到一張二維64位的浮點紋理； b、 將上述浮點紋理進行降採樣、模糊和疊加處理，得到一張 BloomMap圖； c、 把HDRSence浮點紋理進行Filmic Tone Mapping,映射之後的值和BloomMap圖進行 疊加，得到疊加後FinalScene圖並輸出到屏幕幀緩衝。
2. 根據權利要求1所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述步驟b，具 體包括： bl、把步驟a得到的浮點紋理降採樣到1/4大小的浮點紋理HDRSceneScale，並對新浮 點紋理HDRSceneScale依次使用linear降採樣得到場景當前的平均亮度； b2、根據得到的場景的平均亮度和一個閾值的參數值並結合HDRSenceScale得到一張 BrightPass 圖； b3、對亮度閾值圖進行高斯模糊得到一張 BrightPassBlur圖，然後再對其進行降採樣 1/2得到一張 BrightPassBlur_Half圖，再次重複前面的步驟，得到一張 BrightPassBlur_ Quarter圖，依次得到三張不同解析度的亮度模糊圖並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，然後在與亮度閾值圖進行疊加得到一張 BloomMap圖。
3. 根據權利要求2所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述步驟bl，具 體包括： ⑴經過光柵化後的浮點紋理由像素來填充，把上述場景的浮點紋理降採樣得到1/4大 小的紋理圖像，每個像素都對應一個亮度值，其對應關係為：
(1); 其中I(i)為每i個像素的亮度值，c(i)為每i個像素的顏色值，0為一個預設常 量；然後對每個像素的亮度值求對數運算得到新的亮度值L(i)為：
(2); ⑵有上述的得到HDRSceneScale紋理中每個像素的亮度值，然後對該像素周圍的亮度 值進行採樣，把採樣的結果存儲在預先創建的64*64大小的二維紋理中：
(3)； 其中,N=9為需要採樣像素的數量,P(i)為第i個像素亮度值，為中心像素的平 均亮度值；然後依次遍歷降採樣紋理的每個像素的亮度值，並寫入一張64*64大小的亮度 圖； ⑶基於上述得到的亮度圖，在此基礎上降採樣得到1/4的亮度圖，即64*64大小紋理 圖，然後利用系統自帶的線性過濾linear採樣，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圖的結果就是該場景 當前的平均亮度。
4. 根據權利要求3所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述步驟b2,具 體包括： 基於上述計算場景中的平均亮度值和傳入的一個閾值並結合HDRSenceScale圖，得到 一張亮度閾值圖，這個閾值可以調節的一個定值，它的作用是過濾掉閾值以下暗部顏色，這 張圖顯示出場景那些像素由於明暗反差過大出現光暈的效果。
5. 根據權利要求4所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述步驟b3,具 體包括： ⑴首先基於上述得到的亮度閾值圖，對其進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，它用正態分布計算圖像中每個像素的變換，採用二維空 間的正態分布方程為：
其中0*正態分布的方差，u, v是像素的坐標值； 它是利用相鄰像素的加權值來表示該點的像素值；然後對亮度閾值圖在橫向進行一次 高斯矩陣變換，然後在對縱向進行依次高斯矩陣變換，得到與二維矩陣變換相同的效果； ⑵對上述高斯模糊後的BrightPassBlur圖進行降採樣1/2,然後進行同樣的高斯模糊 操作得到一張 BrightPassBlur_Half 圖； ⑶然後將上述的模糊後圖像再次降採樣1/2,然後進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行疊加，把不同解析度的BrightPassBlur_ Half圖和BrightPassBlur_Quarter圖縮放到BrightPassBlur圖大小，然後進行對應像素 的顏色進行相加，得到一張最終的亮度閾值圖Bri ghtPass。
6. 根據權利要求5所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述步驟b4,具 體包括： ⑴將上述得到的BrightPass圖，經行多次橫向的模糊，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模擬炫光的效果； 設定取BrightPass圖任意一點的像素，取此像素的左邊P個像素，右邊Q個像素，P、Q 為整數，那麼該點的像素顏色值為：
(4)； 其中每i個像素的像素值，M=P+Q+1，想要更加的模糊時，P，Q的取值增大得到的圖像更 模糊，這樣的橫向模糊後得到一張炫光圖； ⑵將上述得到的炫光圖和步驟4得到的亮度閾值圖進行顏色疊加得到最終的 BloomMap 圖。
7. 根據權利要求1-6中任一項所述的基於圖像的HDR光照渲染方法，其特徵在於，所述 步驟a，具體包括： 在繪製場景紋理時，在紋理空間中UV平面上預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】G06T15/50GK104157005SQ201410382964
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】張翼 申請人:無錫梵天信息技術股份有限公司