CN105335996A - 一种光线照射效果的计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光线照射效果的计算方法和装置。所述方法包括：记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性，并将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

Description

一种光线照射效果的计算方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机图形学领域，特别是涉及一种光线照射效果的计算方法，以及，一种光线照射效果的计算装置。

背景技术

在现有的虚拟场景中，场景中物体的照射一般由场景中的光源直接完成，计算机图形学领域有不少模拟场景下直接光照效果的计算方法。例如，对于游戏模拟界面中的阴影，一般采用的是阴影图的方式，这种绘制方式的对于阴影场景的渲染需要两个步骤来完成。

第一步是产生阴影图本身，即从光源的观察位置来对场景进行深度的渲染，这些深度记录了光源所照射到的点到光源的距离；第二步是将阴影图应用到场景中，即从玩家的观察位置来对场景进行渲染。对于玩家所看见的每一个像素，在着色器中计算这个点到光源的距离t0，并从上一步生成的纹理中查询记录下的光源在这个方向上观察的距离t1。

进一步，如果t1＝t0，则这个点同时被玩家视角和光源观察的视线所及，即这个看见的点被光源照亮；如果t1<t0，则这个点能够被玩家看到，但是它不能被光源照射到，这个点在光源不能照射到的影子中，从而找出场景中的阴影区域和照亮区域，进一步完成直接照射效果的渲染。

而实际的情况中，光源照射到场景中的物体会发生反射，反射的光线照射到周围的其他物体上，起到间接照射效果，因此上述方案仅仅计算光源的直接照射效果，忽略了场景中光的反射效果，对光源对物体的照射关系过于简化，因此，该方案对虚拟场景的光线效果仿真程度并不高，并且，该方案也无法用于虚拟场景中反射光线的计算。

目前，需要对这种间接照射效果进行计算时，由于其计算极为复杂，计算量庞大，一般虚拟场景中其计算都是通过离线计算完成，无法实时生成反射光线的间接照射效果。

发明内容

本发明提供了一种光线照射效果的计算方法和装置，以实时生成反射光线的间接照射效果。

本发明提供了一种光线照射效果的计算方法，包括：

记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性，并将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

优选地，所述第一照射点的照射属性包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数；

所述第二光源的光源属性包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

优选地，所述根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性的步骤包括：

计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

优选地，所述方法还包括：

将所述虚拟场景划分为多个子区域，进一步包括：

从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

优选地，所述第二光源采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示。

优选地，所述根据第二光源的光源属性，计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性包括：

通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

其中，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数。

本发明还提供了一种光线照射效果的计算装置，包括：

照射属性记录模块，用于记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

光源属性计算模块，用于以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性；

光源划分模块，用于将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

照射属性计算模块，用于根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

照射效果计算模块，用于由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

优选地，所述第一照射点的照射属性包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数；

所述第二光源的光源属性包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

优选地，所述光源属性计算模块包括：

位置信息计算子模块，用于计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

照射方向计算子模块，用于根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

第一光线强度计算子模块，用于由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度；

光线颜色计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色；

第二光线强度计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

优选地，所述装置还包括：

区域划分模块，用于将所述虚拟场景划分为多个子区域，进一步包括：

第一划分子模块，用于从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，第二划分子模块，用于按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，第三划分子模块，用于根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

优选地，所述第二光源采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示。

优选地，所述照射属性计算模块包括：

迭代子模块，用于通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

其中，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数。

与背景技术相比，本发明包括以下优点：

通过本发明实施例，以第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点作为第二光源，用于临时表现反射光线的间接照明情况，根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性，根据各个第二光源的光源属性迭代计算光线在各个子区域的传播，得到第二光源对第二目标对象的第二照射点的照射属性，并进一步计算第二光源的照射效果，由于第二光源为第一光源直接照射的照射点，因此，第二光源照射的光线即为第一光源的直射光线的反射光线，可知，第二光源的照射效果也即是第一光源间接照射效果，本发明实施例提供了一种虚拟场景中反射光线间接照射效果的计算方法，并且，可以实现间接照射效果的实时计算。

另一方面，本发明实施例中，还可以在迭代计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后的第二照射点的照射属性，可以根据实际需求调整迭代次数，获取更高的计算精度，还可以根据当前设备的计算性能，控制迭代计算的次数，以避免对当前设备造成较大的负载压力以及影响当前进行的其他工作和设备性能。

附图说明

图1是本发明实施例1所述一种光线照射效果的计算方法的流程图；

图2a、图2b和图2c是本发明实施例中迭代计算球面谐波函数的示意图；

图3是本发明实施例2所述一种光线照射效果的计算方法的流程图；

图4a、图4b、图4c、图4d和图4e是本发明实施例的一个示例中光线照射效果的计算过程示意图；

图5是本发明实施例1所述一种光线照射效果的计算装置的结构框图

图6是本发明实施例2所述一种光线照射效果的计算装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

下面通过实施例对本发明所述方法的实现流程进行详细说明。

参照图1，其示出了本发明实施例1所述一种光线照射效果的计算方法流程图。

步骤11、记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性。

本发明实施例中，由第一光源直接照射到虚拟场景中，第一目标对象可以是虚拟场景中的某个物体，在照射到虚拟场景中的第一目标对象时，产生多个第一照射点，这些照射点是第一光源发出的光线直接照射的点，照射点具备相应的照射属性。

在直接照射的过程中，计算产生阴影的深度图的同时，生成并记录各个第一照射点分别对应的照射属性，具体而言，从第一光源的视角对场景进行观察，并从观察位置对场景进行深度的渲染，并同时生成光源视角的照射法线图和材质参数图，从法线图和材质参数图中可以进一步提取照射点的相关照射属性。采用这种方式时，法线图和材质参数图的渲染所占用的时间开销很小，可以与传统的阴影深度图同时生成，相当于多存了两份场景信息，虽然占用内存空间相对增加，从具体实践中看来，仍在可以接受的范围内。

具体的实现中，所述第一照射点的照射属性可以包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数等。

例如，第一光源的位置信息记为Pos_(l1)，所述第一光源的照射方向记为Dir_(l1)，所述第一照射点的照射深度Depth_(l1-xy)，其中，xy指对于深度图上XY位置的射线照射到的点距光源距离，照射到点xy的位置就是Pos_(xyinworld)＝Pos_(l1)|Dir_(l1)*Depth_(l1-xy)，法线方向是Normal_(xyinworld)，可以直接根据物体表面法线计算出来。如果第一光源的光照强度时I_(l1),那么其照射到的位置xy上的强度就是f(I_(l1)，Depth_(l1-xy))，其中，f(x,y)是光线的衰减参数，即为y远处一个光照为x的光源衰减之后的强度。

步骤12、以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性。

第一光源直接照射到第一目标对象后，光线会发生反射，反射光线照射到虚拟空间的其他物体(记为第二目标对象)上，相当于第一反射点发射出发射光线，直接照射到第二目标对象上。

本发明实施例中，在计算反射光线照射到第二目标对象的效果时，将第一照射点视为一个小的点光源，即第二光源，第二光源发光的相关参数为光源属性，根据第一照射点的相关参数可计算第一照射点作为第二光源进行光线反射的光源属性。

本发明实施例中，所述光源属性可以包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

例如，照射到的点对光线进行镜面反射的方向是Reflect_(xy)＝Normal_(xyinworld)+Dir_(l1)，对于照射到的点的材质的反射函数定义为g(x，y，Dir-in，Dir-out，I)，其中xy为被照射物体表面的位置，Dir-in是光线照射进来的方向，Dir-out是光线进行反射出去的方向，I是入射光线强度。在假设镜面反射最强的情况下，将镜面反射方向作为反射的主方向，如此上一步中位于Pos_(l1)、方向Dir_(l1)、亮度为I_(l1)的主光源，就照射出了一组方向为Reflect_(xy)、强度为g的光源。

优选地，所述步骤12可以包括：

子步骤121、计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

子步骤122、根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

子步骤123、由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

第二光源在虚拟场景中的位置即为第一目标对象上的第一照射点在虚拟场景中的位置，可以为第一光源的位置信息加上第一照射点的深度的值Pos_(xyinworld)＝Pos_(l1)+Dir_(l1)*Depth_(l1-xy)。第二光源的照射方向可以根据第一光源的照射方向以及第一照射点的法线方向确定Reflect_(xy)＝Normal(_xyinworld)+Dir_(l1)。

第一光源发出的光线从第一光源的位置到达第一目标对象上的第一照射点的过程中会产生衰减，可以根据第一照射点的照射深度来计算衰减后实际的光线强度，第一光源的光线照射到第一目标对象的第一照射点时，其材质会影响反射光线的颜色和强度，即影响第二光源发出的光线的颜色和强度。具体的，第二光源照射的光线颜色为衰减后的光照强度乘以第一照射点的材质颜色，第二光源的照射强度为衰减后的光照强度乘以第一照射点所在位置处的材质对光线的衰减参数。

例如，对于位于Pos_(l1)、方向Dir_(l1)、光照强度为I_(l1)的主光源，在场景中投射出来X*Y个点，以其中x、y点为例，其距光源距离为Depth_(l1-xy)，其本身的法线方向是Normal_(xyinworld)，这样照射到x、y这个点的光线强度为f(I_(l1)，Depth_(l1-xy))，主要考虑镜面反射的情况，其反射光线是Reflect_(xy)方向上，大小为g(x，y，Dir_(l1)，Reflect_(xy)，f(I_(l1)，Depth_(l1-xy)))，自然可以即将这个点看为一盏新的光源，位置Pos_(xyinworld)，方向Reflect_(xy)，光线强度g(x，y，Dir_(l1)，Reflect_(xy)，f(I_(l1)，Depth_(l1-xy)))。

需要说明的是，以上计算各个光源属性的先后顺序可以按照具体的需求设置，上述步骤的排序仅仅是其中一种排序的示例。

步骤13、将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中。

在得到这些位于虚拟场景的世界空间中的点光源之后，存在的问题是，这些点光源的数量非常大，例如，在该虚拟场景中采用512*512的纹理尺寸，对应就会有262144个第二光源，因此，需要选用合适的方式来管理这些光源点。本发明实施例中，将虚拟场景划分为多个子区域，根据第二光源所在的位置，将其划分到各个子区域中，采用世界坐标记录这些子区域的位置时，子区域也可以称之为世界格子，比如将这些512*512个点光源，放入16*16*16的世界格子中。

在具体的实现中，在区域中可以采用三维纹理记录各个第二光源的光源属性。

步骤14、根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性。

将第一照射点作为第二光源后，进一步照射到虚拟场景中的第二目标对象，并在第二目标对象上有多个第二照射点，可以根据其作为光源的光源属性计算第二照射点的照射属性。

本发明实施例将多个第二光源分散到了多个子区域中，多个第二光源在照射到第二目标对象时，发射的光线会互相影响可以理解的是，如果有的子区域中有光照，其相邻子区域的格子中也会有光照，因此，在计算多个第二光源的第二照射点时，首先将多个第二光源的光线在多个子区域中进行传播，得到多个光源叠加照射的结果。

本发明实施例中，优选地，所述第二光源可以采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示，能够实用较少的参数来表现复杂的光照环境。这样第二光源就能被这一组三维纹理的数据来进行表示，从而减低了计算的复杂度。在计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播时，可以根据第二光源的球面谐波函数进行计算。

优选地，所述步骤14可以包括：

子步骤141、通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性。

在这些子区域中光线的传播，需要一个迭代的过程来计算。在迭代的过程中，使用了六向相邻子区域的球面谐波函数来计算子区域之间光照的传递，即迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，根据迭代计算后获得的球面谐波函数可以得到第二光源在第二目标对象上的第二照射点的照射属性。

球谐函数是拉普拉斯方程的球坐标系形式解的角度部分，可以使用球谐系数来近似表示环境的光照情况，即对于环境中光照的简单统计，在之后的渲染中使用这个统计结果来进行简单的光照计算。具体而言，利用球面谐函数来对每个点的光照条件进行编码(即得到的系数)，再利用这些编码恢复编码时的光照环境，利用积分计算该点光照，照射属性为所述球面谐波函数的参数。

如图2a、图2b和图2c所示，给出了本发明实施例中迭代计算球面谐波函数的示意图。在格子间进行迭代计算，其中，SH0表示第一遍迭代计算结果，SH1表示第二遍迭代计算结果，SH2表示第三遍迭代计算结果。

需要说明的是，本发明实施例中，还可以在迭代计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后的第二照射点的照射属性，可以根据实际需求调整迭代次数，获取更高的计算精度，还可以根据当前设备的计算性能来控制迭代计算的次数，例如，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数，以避免对当前设备造成较大的负载压力以及影响当前进行的其他工作和设备性能。

步骤15、由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

由于第二光源为第一光源直接照射的照射点，因此，第二光源照射的光线即为第一光源的直射光线的反射光线，可知，第二光源的照射效果也即是第一光源间接照射效果，本发明实施例提供了一种光线照射效果的计算方法，并且，可以实现间接照射效果的实时计算。

参照图3，其示出了本发明实施例2所述一种光线照射效果的计算方法流程图。

步骤21、记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性。

步骤22、以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性。

步骤23、将所述虚拟场景划分为多个子区域。

步骤24、将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中。

步骤25、根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性。

步骤26、由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

与上个实施例不同之处在于，本发明实施例还给出了将虚拟场景划分为多个子区域的步骤，并且，进一步优选地，所述步骤23可以包括：

子步骤231、从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，子步骤232、按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，子步骤233、根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

可以按照轴对齐包围盒的方式划分子区域，轴对齐包围盒也称矩形盒，通常简称为AABB，即AxisAlignedBoundingBox。一个3D的AABB就是一个简单的六面体，每一边都平行于一个坐标平面，矩形边界框不一定都是立方体，长、宽、高也可以彼此不同。本发明实施例中，在划分子区域时，可以在以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标上，也可以在以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上进行划分。

也可以按照不均匀的空间划分方式，如八叉树、k-维二叉树(K-D树)的方式，将所述虚拟场景均匀划分为预设个数的多个子区域。

还可以按照所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

上述多种划分子区域的方式可以根据具体环境和需求进行选择。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明实施例，以下通过一个具体的示例对所述的一种光线照射效果的计算方法进行说明。图4a、图4b、图4c、图4d和图4e是本发明实施例的一个示例中光线照射效果的计算过程示意图。

图4a表示第一步第一光源light直接照射到竖直墙面的过程中，在产生阴影用的深度图的同时，生成光源视角的法线图和材质参数图，图中参数可以参照上面的举例说明。

图4b表示第二步，第一步将第一光源照射到的每一个点转换到世界空间下虚拟场景中一个小的光源，图中小圈表示这些点光源，即第二光源。

图3c-图3e为按照格子划分开始计算光线传播SH，类似与图2的迭代步骤。

图4c表示将点光源放入格子中管理，但明显存在的问题是，只在第一步照到的格子中有光照，而相邻的格子中没有光照，因此需要进一步迭代计算光线在格子之间的传播。

图4d和图4e表示了光照迭代的一个过程，也是一个光线传播的过程，示意图中第二目标对象水平地面已经被照亮了一部分，这样在水平部分的渲染时就可以利用这些传递来的光照信息来进行渲染。

需要说明的是，实际情况中，光的传播过程中会伴随光照强度的衰减，图中的光源的点仅仅包含光传播的情况，并没有根据具体的传递情况来表明光照强度的衰减。

通过本发明实施例，以第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点作为第二光源，用于临时表现反射光线的间接照明情况，根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性，根据各个第二光源的光源属性迭代计算光线在各个子区域的传播，得到第二光源对第二目标对象的第二照射点的照射属性，并进一步计算第二光源的照射效果，由于第二光源为第一光源直接照射的照射点，因此，第二光源照射的光线即为第一光源的直射光线的反射光线，可知，第二光源的照射效果也即是第一光源间接照射效果，本发明实施例提供了一种光线照射效果的计算方法，并且，可以实现间接照射效果的实时计算。

另一方面，本发明实施例中，还可以在迭代计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后的第二照射点的照射属性，可以根据实际需求调整迭代次数，获取更高的计算精度，还可以根据当前设备的计算性能，控制迭代计算的次数，以避免对当前设备造成较大的负载压力以及影响当前进行的其他工作和设备性能。

需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。

基于上述方法实施例的说明，本发明还提供了相应的光线照射效果的计算装置实施例，来实现上述方法实施例所述的内容。

参照图5，其示出了本发明实施例1所述一种光线照射效果的计算装置结构框图。

照射属性记录模块31，用于记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

光源属性计算模块32，用于以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性；

光源划分模块33，用于将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

照射属性计算模块34，用于根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

照射效果计算模块35，用于由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

本发明实施例中，优选地，所述第一照射点的照射属性包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数；

所述第二光源的光源属性包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

本发明实施例中，优选地，所述光源属性计算模块包括：

位置信息计算子模块，用于计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

照射方向计算子模块，用于根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

第一光线强度计算子模块，用于由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度；

光线颜色计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色；

第二光线强度计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

本发明实施例中，优选地，所述第二光源采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示。

本发明实施例中，优选地，所述照射属性计算模块包括：

迭代子模块，用于通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

其中，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数。

通过本发明实施例，以第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点作为第二光源，用于临时表现反射光线的间接照明情况，根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性，根据各个第二光源的光源属性迭代计算光线在各个子区域的传播，得到第二光源对第二目标对象的第二照射点的照射属性，并进一步计算第二光源的照射效果，由于第二光源为第一光源直接照射的照射点，因此，第二光源照射的光线即为第一光源的直射光线的反射光线，可知，第二光源的照射效果也即是第一光源间接照射效果，本发明实施例提供了一种光线照射效果的计算方法，并且，可以实现间接照射效果的实时计算。

另一方面，本发明实施例中，还可以在迭代计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后的第二照射点的照射属性，可以根据实际需求调整迭代次数，获取更高的计算精度，还可以根据当前设备的计算性能，控制迭代计算的次数，以避免对当前设备造成较大的负载压力以及影响当前进行的其他工作和设备性能。

参照图6，其示出了本发明实施例2所述一种光线照射效果的计算装置结构框图。

照射属性记录模块41，用于记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

光源属性计算模块42，用于以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性；

区域划分模块43，用于将所述虚拟场景划分为多个子区域；

光源划分模块44，用于将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

照射属性计算模块45，用于根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

照射效果计算模块46，用于由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

本发明实施例中，优选地，所述区域划分模块进一步包括：

第一划分子模块，用于从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，第二划分子模块，用于按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景均匀划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，第三划分子模块，用于根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景均匀划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

通过本发明实施例，以第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点作为第二光源，用于临时表现反射光线的间接照明情况，根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性，根据各个第二光源的光源属性迭代计算光线在各个子区域的传播，得到第二光源对第二目标对象的第二照射点的照射属性，并进一步计算第二光源的照射效果，由于第二光源为第一光源直接照射的照射点，因此，第二光源照射的光线即为第一光源的直射光线的反射光线，可知，第二光源的照射效果也即是第一光源间接照射效果，本发明实施例提供了一种光线照射效果的计算方法，并且，可以实现间接照射效果的实时计算。

另一方面，本发明实施例中，还可以在迭代计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后的第二照射点的照射属性，可以根据实际需求调整迭代次数，获取更高的计算精度，还可以根据当前设备的计算性能，控制迭代计算的次数，以避免对当前设备造成较大的负载压力以及影响当前进行的其他工作和设备性能。

对于上述光线照射效果的计算装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。

本发明可用于众多通用或专用的计算***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

在本发明中，“组件”、“装置”、“***”等等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，组件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行组件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是组件。一个或多个组件可在执行的过程和/或线程中，并且组件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。组件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地***、分布式***中另一组件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它***交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

而且，上文中的“和/或”表示本文既包含了“和”的关系，也包含了“或”的关系，其中：如果方案A与方案B是“和”的关系，则表示某实施例中可以同时包括方案A和方案B；如果方案A与方案B是“或”的关系，则表示某实施例中可以单独包括方案A，或者单独包括方案B。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

以上对本发明所提供的一种光线照射效果的计算方法和装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种光线照射效果的计算方法，其特征在于，包括：

记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性，并将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一照射点的照射属性包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数；

所述第二光源的光源属性包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据第一照射点的照射属性计算第二光源进行光线反射的光源属性的步骤包括：

计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色，将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述虚拟场景划分为多个子区域，进一步包括：

从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二光源采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据第二光源的光源属性，计算第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性包括：

通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

其中，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数。

7.一种光线照射效果的计算装置，其特征在于，包括：

照射属性记录模块，用于记录第一光源直射到虚拟场景中第一目标对象的第一照射点的照射属性；

光源属性计算模块，用于以每个第一照射点作为所述虚拟场景中的一个第二光源，根据所述第一照射点的照射属性计算所述第二光源进行光线反射的光源属性；

光源划分模块，用于将各个第二光源分别划分到所述虚拟场景的多个子区域中；

照射属性计算模块，用于根据所述第二光源的光源属性，计算所述第二光源在各个子区域中依次进行光线传播后、照射到所述虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

照射效果计算模块，用于由所述第二照射点的照射属性，计算所述第二光源对所述目标对象的直接照射效果，作为所述第一光源对所述第二目标对象的间接照射效果。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一照射点的照射属性包括所述第一光源的位置信息、所述第一光源的照射方向、所述第一照射点的照射深度、所述第一照射点的法线方向以及所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色和材质对光线的衰减参数；

所述第二光源的光源属性包括所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息、所述第二光源的照射方向以及所述第二光源的光线颜色与光线强度。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光源属性计算模块包括：

位置信息计算子模块，用于计算所述第一光源的位置信息与所述第一照射点的照射深度之和，作为所述第一照射点在所述虚拟场景中的位置信息；

照射方向计算子模块，用于根据所述第一光源的照射方向与所述第一照射点的法线方向确定所述第二光源的照射方向；

第一光线强度计算子模块，用于由所述第一照射点的照射深度计算所述第一照射点在照射过程中衰减后的光线强度；

光线颜色计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质颜色，得到所述第二光源的光线颜色；

第二光线强度计算子模块，用于将所述光线强度乘以所述第一目标对象在所述第一照射点位置的材质对光线的衰减参数，得到所述第二光源的光线强度。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

区域划分模块，用于将所述虚拟场景划分为多个子区域，进一步包括：

第一划分子模块，用于从以观察所述虚拟场景的观察位置为中心的世界坐标或以所述第一光源所在位置为中心的世界坐标上，按照轴对齐包围盒的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小均匀的多个子区域；

或，第二划分子模块，用于按照八叉树或k-维二叉树的方式将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域；

或，第三划分子模块，用于根据所述第二光源的密度自适应变更所述子区域的密度，并根据调整后的所述子区域的密度将所述虚拟场景划分为预设个数的大小不均匀的多个子区域。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二光源采用三维纹理中所述第二光源的照射属性作为参数的球面谐波函数表示。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述照射属性计算模块包括：

迭代子模块，用于通过迭代计算各个子区域中第二光源及其相邻六个方向的第二光源的球面谐波函数，获得所述第二光源在各个子区域中的光线传播后、照射到虚拟场景中第二目标对象的第二照射点的照射属性；

其中，所述迭代计算隔帧进行或所述迭代次数小于预设迭代次数。