CN106558090B - 3d渲染和阴影信息存储方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种3D渲染和阴影信息存储方法和设备。所述阴影信息存储设备通过基于从参考虚拟光源辐射的光渲染三维(3D)模型来确定阴影区域，基于3D模型的顶点的位置与阴影区域之间的距离来确定3D模型的顶点的阴影特征值，并且存储所确定的阴影特征值。

Description

3D渲染和阴影信息存储方法和设备

本申请要求2015年9月21日提交于韩国知识产权局的第10-2015-0133396号韩国专利申请的权益，其完整公开出于所有目的以引用方式并入本文。

技术领域

以下描述涉及三维(3D)计算机图形技术。

背景技术

三维(3D)渲染属于渲染3D模型的计算机图形领域。3D渲染用于诸如3D游戏、虚拟现实、动画和电影的各种应用。3D渲染可包括诸如下列渲染：光线追踪渲染，其通过追踪从光源发射的光从对象的表面反射所经的路径来渲染3D模型；辐射度渲染，其通过由对象对直接照明的反射或漫反射，除了基于直接照明效果以外还基于间接照明效果；以及光栅化渲染，其通过将向量数据变换为像素图案图像来渲染3D模型。

3D渲染可生成阴影并且将该阴影应用于所渲染的图像以提供更高的真实感。这里，阴影是指当从虚拟光源辐射的光被对象遮挡时所生成的暗区域，并且可为所渲染的图像提供真实感和空间感。可对所有图像帧和所有像素执行用于确定这种阴影的阴影计算。

发明内容

提供此发明内容以按照简化形式介绍下面将在具体实施方式中进一步描述的构思的选择。此发明内容并非意在识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也非意在用于辅助确定要求保护的主题的范围。

在一个总的方面，提供一种阴影信息存储方法，包括：通过渲染三维(3D)模型来确定阴影区域；基于3D模型的顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离来确定顶点的阴影特征值；以及存储所确定的阴影特征值。

存储阴影特征值的步骤可包括：通过基于参考虚拟光源的位置对阴影特征值进行分类来存储阴影特征值。

确定阴影特征值的步骤可包括：计算顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离或者顶点的位置与从阴影区域的边界延伸的线之间的距离；以及基于所述计算来确定阴影特征值。

确定阴影特征值的步骤可包括：基于顶点是否位于阴影区域中来确定阴影特征值的符号。

确定阴影特征值的步骤可包括：确定阴影区域是否存在于由顶点以及该顶点的邻近顶点形成的多边形中。

确定阴影特征值的步骤可包括：响应于阴影区域不在多边形中，将形成多边形的顶点的阴影特征值设置为相等。

确定阴影特征值的步骤可包括：响应于形成多边形的顶点位于阴影区域中，将形成多边形的顶点的阴影特征值设置为相等。

确定阴影特征值的步骤可包括：响应于阴影区域的边界存在于多边形中，确定顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离。

存储阴影特征值的步骤可包括：在通过渲染3D模型而生成的图像帧中将阴影特征值的变化类型分类为多个簇；以及存储所述多个簇之中与顶点的阴影特征值的变化对应的簇的索引。

确定阴影区域的步骤可包括：将3D模型中的邻近顶点之间的部分划分成多个样本；以及通过追踪从在所述多个样本的位置处的参考虚拟光源辐射的光的移动路径来确定阴影区域的边界。

划分邻近顶点之间的部分的步骤可包括：将邻近顶点之间的部分划分成数量大于存在于所述邻近顶点之间的部分中的阴影区域的边界的数量的样本。

在另一个总的方面，提供一种渲染三维(3D)模型的3D渲染方法，该方法包括：从阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值；通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值；以及基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域。

确定阴影特征值的步骤可包括：通过对形成多边形的顶点的阴影特征值进行插值来确定组成多边形的各个像素的阴影特征值。

提取阴影特征值的步骤可包括：从阴影信息提取针对与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源的各个顶点的阴影特征值。

确定阴影区域的步骤可包括：基于针对各个像素确定的阴影特征值的符号来确定阴影区域。

确定阴影区域的步骤可包括：通过将针对各个像素确定的阴影特征值与阈值进行比较来确定阴影区域。

在另一个总的方面，提供一种三维(3D)渲染方法，包括：基于从参考虚拟光源辐射的光来确定关于参考虚拟光源的阴影信息；以及通过对关于参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

确定关于当前虚拟光源的阴影信息的步骤可包括：通过对关于与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

确定关于参考虚拟光源的阴影信息的步骤可包括：在第一图像帧中确定关于第一参考虚拟光源的阴影信息，并且在第二图像帧中确定关于第二参考虚拟光源的阴影信息。

确定关于当前虚拟光源的阴影信息的步骤可包括：通过对第一图像帧中关于第一参考虚拟光源的阴影信息以及第二图像帧中关于第二参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

在另一个总的方面，提供一种阴影信息存储设备，包括：处理器，被配置为通过渲染三维(3D)模型来确定阴影区域，基于3D模型的顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离来确定顶点的阴影特征值，并且存储所确定的阴影特征值。

在另一个总的方面，提供一种三维(3D)渲染设备，包括：处理器，被配置为从阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值，通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值，并且基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域。

处理器可包括至少一个图形处理单元(GPU)，并且阴影信息可被存储在GPU的纹理缓冲器中。

在另一个总的方面，提供一种三维(3D)渲染设备，包括：处理器，被配置为基于从参考虚拟光源辐射的光来确定关于参考虚拟光源的阴影信息，并且通过对关于参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

其他特征和方面将从以下具体实施方式、附图和权利要求而显而易见。

附图说明

图1是示出阴影信息存储方法的示例的示图。

图2是示出三维(3D)渲染方法的示例的示图。

图3是示出3D渲染方法的示例的示图。

图4是示出针对各个顶点确定关于阴影区域的信息的处理的示例的示图。

图5A和图5B是示出确定阴影特征值的处理的示例的示图。

图6A和图6B是示出存储阴影特征值的处理的示例的示图。

图7是示出基于预定阴影信息确定阴影区域的处理的示例的示图。

图8是示出基于关于参考虚拟光源的阴影信息确定关于当前虚拟光源的阴影信息的处理的示例的示图。

图9是示出针对间接光源的阴影计算处理的示例的示图。

图10是示出阴影信息存储设备的示例的示图。

图11是示出3D渲染设备的示例的示图。

贯穿附图和具体实施方式，除非另外描述或提供，否则相同的附图标号将被理解为指代相同的元件、特征和结构。附图可能未按比例，为了清晰、说明和方便，可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描绘。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对本文所描述的方法、设备和/或***的全面理解。然而，对于本领域普通技术人员而言，本文所描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改和等同物将是显而易见的。本文所描述的操作顺序仅是示例，并不限于本文所阐述的那些顺序，而是除了必须按照特定次序发生的操作以外可如对于本领域普通技术人员而言将显而易见的一样改变。另外，为了更加清晰和简明，本领域普通技术人员公知的功能和构造的描述可被省略。

本文所描述的特征可按照不同的形式来实现，而不应被解释为限于本文所描述的示例。相反，已经提供本文所描述的示例以使得本公开将彻底和完整，并且将本公开的完整范围传达给本领域普通技术人员。

本文所使用的术语仅是为了描述特定示例的目的，而非示例的限制。如本文所用，除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式旨在也包括复数形式。另外，本文中可使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语来描述组件。这些术语中的每一个并非用于限定对应组件的本质、次序或顺序，而是仅用于将对应组件与其他组件相区分。

以下，渲染三维(3D)模型的步骤可包括基于从向3D模型提供照明效果的虚拟光源辐射的光来确定3D模型的阴影区域。在一个示例中，虚拟光源可包括直接光源和间接光源。直接光源是指直接向3D模型发射光的光源，间接光源是指从反射、衍射或折射发射自直接光源的光的区域发射光的光源。

图1是示出阴影信息存储方法的示例的示图。阴影信息存储方法可由包括至少一个处理器的阴影信息存储设备执行。阴影信息存储设备可通过渲染3D模型来确定阴影信息并且存储所确定的阴影信息。所存储的阴影信息可在3D渲染设备渲染3D模型时被用来计算3D模型的阴影。阴影信息可包括用于计算3D模型的阴影的至少一个值。

图1中的操作可按照如图所示的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的示意性示例的精神和范围的情况下，一些操作的次序可改变，或者一些操作可被省略。图1所示的许多操作可并行地被执行或者同时被执行。

参照图1，在110中，阴影信息存储设备通过渲染3D模型来确定阴影区域。阴影信息存储设备可基于从设置在一个位置处的参考虚拟光源辐射的光来渲染3D模型。在渲染时，阴影信息存储设备可利用诸如光线追踪方法或阴影映射方法的各种方法来确定3D模型的阴影区域。

当使用光线追踪方法时，阴影信息存储设备可将包括在3D模型中的顶点之中的邻近顶点之间的部分划分成若干样本(例如，10个样本)，并且通过在各个样本的位置处追踪从参考虚拟光源辐射的光的移动路径来确定阴影区域的边界。在一个示例中，当阴影区域的边界存在于邻近顶点之间的部分中时，阴影信息存储设备可将邻近顶点之间的部分划分成数量更多的样本(例如，20个样本)并且在各个样本的位置处追踪光的移动路径，以确定阴影区域的边界的更准确的位置。

在120中，阴影信息存储设备基于顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离关系来确定3D模型的顶点的阴影特征值。顶点的阴影特征值可包括关于顶点是否位于阴影区域中的信息以及关于顶点与阴影区域的边界之间的距离的信息。例如，当顶点的阴影特征值是负数时，指示顶点可能位于阴影区域中。在另一示例中，当阴影特征值为正数时，指示顶点可能位于非阴影区域中或亮区域中。随着阴影特征值的大小增大，顶点与阴影区域的边界之间的距离增大。在另一示例中，随着阴影特征值的大小减小，顶点与阴影区域的边界之间的距离减小。

当确定阴影区域时，阴影信息存储设备可确定阴影区域是否存在于由顶点和该顶点的邻近顶点形成的多边形中。多边形(例如，三角形)可被包括在3D模型中并且由多个顶点形成。当阴影区域不在多边形中时，阴影信息存储设备可将形成该多边形的顶点的阴影特征值设置为相等的值(例如，+1)。当形成多边形的所有顶点均存在于阴影区域中时，阴影信息存储设备可将形成该多边形的顶点的阴影特征值设置为相等的值(例如，-1)。

当阴影区域的边界存在于多边形中时，阴影信息存储设备可计算顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离。阴影信息存储设备可计算顶点的位置与阴影区域的边界或者从边界延伸的线之间的距离，并且基于所述计算确定阴影特征值。

在一个示例中，阴影信息存储设备可基于像素来计算距离。例如，响应于顶点存在于非阴影区域中，阴影信息存储设备可计算从顶点到包括在阴影区域中的最近像素的距离。响应于顶点存在于阴影区域中，阴影信息存储设备可计算从顶点到包括在非阴影区域中的最近像素的距离。

阴影信息存储设备可基于顶点是位于阴影区域中还是阴影区域之外来确定阴影特征值的符号。例如，阴影信息存储设备可响应于顶点存在于阴影区域中将阴影特征值的符号设置为正数，响应于顶点存在于非阴影区域中将阴影特征值的符号设置为负数。

在130中，阴影信息存储设备存储针对各个顶点确定的阴影特征值。在一个示例中，阴影信息存储设备可将顶点的阴影特征值标准化(normalize)，并且存储标准化的阴影特征值。阴影信息存储设备可通过按照参考虚拟光源的位置和3D模型的各个顶点对阴影特征值进行分类来存储阴影特征值。

在一个示例中，阴影信息存储设备可通过压缩各个顶点的阴影特征值以减小待存储的数据的大小来存储阴影特征值。在一个示例中，对于3D模型的众多顶点，可能不存在阴影的变化，或者可能仅存在小状态的阴影变化。因此，阴影信息存储设备可能不必存储通过渲染3D模型而生成的图像帧中的顶点的阴影特征值的所有变化，而是可利用簇(cluster)以及指示簇的索引来更有效地存储阴影特征值。例如，阴影信息存储设备可将阴影特征值的变化类型分类为多个簇，并且在存储阴影特征值时存储与顶点的阴影特征值的变化类型对应的簇的索引。在利用簇和索引存储顶点的阴影特征值的情况下，可消除待存储的数据的冗余，因此可减少待存储的数据的量。因此，当由3D渲染设备执行阴影计算或操作时，3D渲染设备可基于关于分配给顶点的簇和索引的信息来提取顶点的阴影特征值。

当各个顶点相对于参考虚拟光源的位置的阴影特征值被确定并被存储时，阴影信息存储设备可将参考虚拟光源设置在另一位置处，并且基于设置在另一位置处的参考虚拟光源再次执行操作110至130。可在3D空间中的各种位置处设置参考虚拟光源，并且可确定并存储各个顶点的基于参考虚拟光源的各个位置的阴影特征值。另选地，阴影信息存储设备可通过改变参考虚拟光源的方向来执行操作110至130并且基于参考虚拟光源的各个方向存储各个顶点的阴影特征值。

图2是示出根据实施例的3D渲染方法的示例的示图。图2中的操作可按照如图所示的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的示意性示例的精神和范围的情况下，一些操作的次序可改变，或者一些操作可被省略。图2所示的许多操作可并行地被执行或者同时被执行。除了下面图2的描述以外，上面图1的描述也适用于图2并且通过引用并入。因此，这里可不再重复以上描述。

3D渲染方法可由包括至少一个处理器的3D渲染设备执行。3D渲染设备可利用通过参照图1描述的阴影信息存储方法而确定的阴影信息来计算3D模型的阴影。3D渲染设备可通过对阴影信息进行插值来计算阴影。

参照图2，在210中，3D渲染设备从所确定的阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值。3D渲染设备可从阴影信息提取关于与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源的阴影特征值的信息。例如，在设置在阴影信息中所限定的位置处的参考虚拟光源之中，3D渲染设备可选择设置在靠近当前虚拟光源的位置的位置处的参考虚拟光源，并且提取针对所选择的参考虚拟光源确定的阴影特征值信息。可选择单个参考虚拟光源。在另一示例中，可选择多个参考虚拟光源。例如，当选择多个参考虚拟光源时，可提取关于各个参考虚拟光源的阴影特征值信息。阴影特征值信息可包括关于当参考虚拟光源被设置在一个位置处时针对各个顶点确定的阴影特征值的信息。

在220中，3D渲染设备通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值。例如，3D渲染设备可通过对形成3D模型的多边形的顶点的阴影特征值进行插值来确定包括在该多边形中的各个像素的阴影特征值。在一个示例中，阴影特征值的插值可通过光栅化处理来自动地执行。3D渲染设备可基于通过插值确定的各个像素的阴影特征值来确定各个像素是否包括在阴影区域中，并且确定各个像素的位置与阴影区域的边界之间的距离。

在230中，3D渲染设备基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域。3D渲染设备可通过确定像素的阴影特征值是否满足条件来确定该像素是否包括在阴影区域中。在一个示例中，所述条件可被预设或者被预先设置。

在一个示例中，3D渲染设备可基于针对各个像素确定的阴影特征值的符号来确定阴影区域。例如，响应于像素的阴影特征值为负数，3D渲染设备可确定该像素包括在阴影区域中。在另一示例中，响应于像素的阴影特征值为正数，3D渲染设备可确定该像素包括在非阴影区域中。响应于像素的阴影特征值为“0”，3D渲染设备可确定该像素位于阴影区域的边界上。

在另一示例中，3D渲染设备可通过将针对各个像素确定的阴影特征值与阈值进行比较来确定阴影区域。例如，响应于像素的阴影特征值小于阈值，3D渲染设备可确定该像素包括在阴影区域中。在其他情况下，3D渲染设备可确定该像素包括在非阴影区域中。可利用阈值更清楚地确定阴影区域的边界。

如上文所述，可通过插值来实现3D模型的阴影计算，因此可提高渲染速度，并且可减少渲染所需的资源量。

图3是示出3D渲染方法的示例的示图。图3中的操作可按照如图所示的顺序和方式来执行，但是在不脱离所描述的示意性示例的精神和范围的情况下，一些操作的次序可改变，或者一些操作可被省略。图3所示的许多操作可并行地被执行或者同时被执行。除了下面图3的描述以外，上面图1至图2的描述也适用于图3并且通过引用并入。因此，这里可不再重复以上描述。

3D渲染方法可由包括至少一个处理器的3D渲染设备执行。3D渲染设备可在渲染3D模型的过程中计算阴影。3D渲染设备可通过对关于与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

参照图3，在310中，3D渲染设备基于从参考虚拟光源辐射的光来确定关于参考虚拟光源的阴影信息。例如，3D渲染设备可利用例如光线追踪方法或阴影映射方法来针对参考虚拟光源确定阴影区域，并且存储关于各个顶点的阴影区域的信息。

在320中，3D渲染设备通过对关于参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。3D渲染设备可通过对关于针对与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源确定的阴影区域的信息进行插值来针对当前虚拟光源确定阴影区域。可通过针对阴影信息的这种插值处理来提高阴影计算的处理速度。

3D渲染设备可通过上述处理确定需要进行阴影计算的各个虚拟光源的阴影信息，并且基于所确定的阴影信息执行阴影化。

在另一示例中，3D渲染设备可在不同的图像帧中确定关于参考虚拟光源的阴影信息，并且通过对所确定的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。例如，在310中，3D渲染设备可在第一图像帧中确定关于第一参考虚拟光源的阴影信息，并且在第二图像帧中确定关于第二参考虚拟光源的阴影信息。在320中，3D渲染设备可通过对在第一图像帧中确定的关于第一参考虚拟光源的阴影信息以及在第二图像帧中确定的关于第二参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

图4是示出针对各个顶点确定关于阴影区域的信息的处理的示例的示图。阴影信息存储设备可基于各个参考虚拟光源的位置预先计算阴影信息，并且针对各个顶点存储所计算的阴影信息。参照图4，阴影信息存储设备确定当从参考虚拟光源辐射的光被对象420遮挡时所生成的阴影区域。阴影信息存储设备针对各个顶点(诸如顶点432、顶点434、顶点436、顶点438和顶点440)存储关于阴影区域的信息。

例如，当参考虚拟光源被设置在3D空间中的位置410处时，阴影信息存储设备可针对顶点432至440中的每一个存储关于当从位置410处的参考虚拟光源辐射的光被对象420遮挡时所生成的阴影区域的信息。关于阴影区域的信息可包括关于当参考虚拟光源在位置410处辐射光时各个顶点是否位于阴影区域中的信息以及关于从各个顶点到阴影区域的边界的距离的信息。

当在位置410处完成这样的处理时，阴影信息存储设备可将参考虚拟光源设置在位置412处并且通过所描述的处理针对各个顶点确定并存储关于当从位置412处的参考虚拟光源辐射的光被对象420遮挡时所生成的阴影区域的信息。类似地，当在位置412处完成这样的处理时，阴影信息存储设备可将参考虚拟光源设置在位置414处，并且通过所描述的处理针对各个顶点确定并存储关于阴影区域的信息。

图5A和图5B是示出确定阴影特征值的处理的示例的示图。在图5A和图5B中，假设3D模型的顶点A 510、顶点B 520和顶点C 530形成多边形并且阴影区域540存在于该多边形中。在一个示例中，可通过光线追踪方法或阴影映射方法来确定阴影区域540。

参照图5A，阴影信息存储设备基于顶点510、520和530中的每一个与阴影区域540的边界550之间的距离关系计算顶点510、520和530中的每一个的阴影特征值。例如，阴影信息存储设备可计算顶点A 510与从阴影区域540的边界550延伸的线之间的距离，并且通过将所计算的距离的符号设置为正数来确定顶点A 510的阴影特征值。类似地，阴影信息存储设备可计算顶点C 530与从阴影区域540的边界550延伸的线之间的距离，并且通过将所计算的距离的符号设置为正数来确定顶点C 530的阴影特征值。这里，在顶点B 520的情况下，阴影信息存储设备可计算顶点B 520与阴影区域540的边界550之间的距离，并且通过将所计算的距离的符号设置为负数来确定顶点B 520的阴影特征值。由于顶点A 510和顶点C530位于非阴影区域中，所以距离可被设置为正数。由于顶点B 520位于阴影区域540中，所以距离可被设置为负数。

参照图5B，阴影信息存储设备基于像素来确定各个顶点(例如，顶点A 510、顶点B520和顶点C 530)与阴影区域540的边界550之间的距离。阴影信息存储设备基于在像素中渲染的阴影区域540来计算顶点510、520和530中的每一个与阴影状态改变的像素之间的距离。当顶点A 510位于非阴影区域中时，阴影信息存储设备可计算顶点A 510与包括在阴影区域540中的最近像素之间的距离。当顶点B 520位于阴影区域540中时，阴影信息存储设备可计算顶点B 520与包括在非阴影区域中的最近像素之间的距离。

图6A和图6B是示出存储阴影特征值的示例的示图。

参照图6A，阴影信息存储设备基于设置在3D空间中的一个位置(例如，位置611、位置612、位置614、位置616和位置618)处的参考光源来确定由对象630生成的阴影区域，并且确定顶点620的阴影特征值。阴影信息存储设备利用位置611、612、614、616和618之中的邻近位置之间的部分中的插值来确定顶点620的阴影特征值，而不是基于可设置参考虚拟光源的所有位置来确定顶点620的阴影特征值。例如，阴影信息存储设备可通过对当参考虚拟光源被设置在位置611处时的顶点620的阴影特征值以及当参考虚拟光源被设置在位置612处时的顶点620的阴影特征值进行插值，来确定当参考虚拟光源被设置在位置611和612之间时的顶点620的阴影特征值。

参照图6B，阴影信息存储设备在3D空间中配置设置参考虚拟光源处的层次(hierarchical)位置。这里，参考虚拟光源可被更密集地设置。例如，可基于参考虚拟光源的位置的移动在阴影特征值的变化大的部分中更密集地布置参考虚拟光源的位置。类似于图6A所示的示例，阴影信息存储设备可通过插值针对没有设置参考虚拟光源的位置确定阴影特征值。

图7是示出基于预定阴影信息确定阴影区域的处理的示例的示图。在图7的示例中，在由顶点A 710、顶点B 720和顶点C 730形成的3D模型的多边形中确定阴影区域。

参照图7，3D渲染设备基于当前虚拟光源的位置从预定阴影信息提取顶点710、720和730中的每一个的阴影特征值。在一个示例中，针对顶点710、720和730中的每一个提取的阴影特征值分别为+2、-4和+3。3D渲染设备可基于阴影特征值的符号确定顶点是否位于阴影区域750中。例如，3D渲染设备可确定具有负数的阴影特征值的顶点位于阴影区域750中，具有正数的阴影特征值的顶点位于非阴影区域中。

3D渲染设备通过对顶点710、720和730的阴影特征值进行插值来确定多边形中的各个像素的阴影特征值。例如，各个像素的阴影特征值可通过基于顶点710、720和730的阴影特征值执行的光栅化的插值处理来确定。例如，针对各个像素确定的阴影特征值可包括关于从像素到阴影区域750的边界740的距离的信息以及关于该像素是否包括在阴影区域750中的信息。

在一个示例中，3D渲染设备将像素的阴影特征值为负数的区域确定为阴影区域750，并将像素的阴影特征值为正数的区域确定为非阴影区域。阴影特征值为0的点指示阴影区域750的边界740。

在另一示例中，3D渲染设备通过将阴影特征值与阈值进行比较来将像素的阴影特征值小于阈值的区域确定为阴影区域750。在另一示例中，3D渲染设备将阴影特征值大于或等于阈值的区域确定为非阴影区域。3D渲染设备可将阴影区域750的边界740表示为可清楚地区分或者柔和地改变。

当顶点710、720和730的阴影特征值的符号相同时，3D渲染设备可确定在由顶点710、720和730形成的多边形中不存在阴影区域的边界。当顶点710、720和730的阴影特征值的符号为负时，3D渲染设备可确定由顶点710、720和730形成的多边形包括在阴影区域中。当顶点710、720和730的阴影特征值的符号为正时，3D渲染设备可确定多边形包括在非阴影区域中。

图8是示出基于关于参考虚拟光源的阴影信息确定关于当前虚拟光源的阴影信息的处理的示例的示图。

参照图8，3D渲染设备确定关于与当前虚拟光源的位置810邻近的位置(例如，位置822、位置824、位置826和位置828)处的参考虚拟光源的阴影信息以确定关于当前虚拟光源的阴影信息，并且通过对所确定的关于位置822、824、826和828处的参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。阴影信息可包括针对各个顶点确定的阴影特征值。例如，设置参考虚拟光源的位置822、824、826和828可被确定为网格830的形式。

关于在位置822、824、826和828处确定的参考虚拟光源的阴影信息可跨图像帧来确定。例如，在第一图像帧中，可确定关于设置在位置822处的参考虚拟光源的阴影信息。类似地，在第二图像帧中，可确定关于设置在位置824处的参考虚拟光源的阴影信息。3D渲染设备可通过对不同图像帧中的参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。

图9是示出针对间接光源的阴影计算处理的示例的示图。参照图9，3D渲染设备基于参考间接光源的位置(例如，位置912、位置914、位置916和位置918)确定由于对象930的遮挡而生成的阴影区域，并且确定与阴影区域关联的阴影信息。3D渲染设备可通过对针对参考间接光源的位置912、914、916和918中的每一个确定的阴影信息进行插值，来确定关于另一间接光源的阴影信息。例如，3D渲染设备可通过对参考间接光源的位置912、914、916和918执行阴影计算或操作来确定阴影信息，并且通过对基于参考间接光源的位置912、914、916和918确定的阴影信息进行插值来确定关于当前间接光源920的阴影信息。

图10是示出阴影信息存储设备1000的示例的示图。参照图10，阴影信息存储设备1000包括处理器1010、存储器1020和显示器1040。存储器1020与处理器1010通信，并且存储可由处理器1010实现的指令、将要由处理器1010处理的数据或者由处理器1010处理的数据。处理器1010访问存储器1020以实现存储在存储器1020中的指令。

处理器1010执行参照图1至图9所描述的至少一个操作。当3D模型被输入阴影信息存储设备1000时，处理器1010通过渲染所输入的3D模型来确定阴影区域。处理器1010基于3D模型的各个顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离关系来确定3D模型的各个顶点的阴影特征值，并且将所确定的阴影特征值存储在存储装置1030中。

在一个示例中，处理器1010可将带有阴影信息的3D模型的渲染图像输出至阴影信息存储设备1000的输出装置(诸如显示器1040)。显示器1040可以是物理结构，其包括提供显示渲染的用户界面或3D空间和/或接收用户输入的能力的一个或多个硬件组件。显示器1040可涵盖显示区域、手势捕获区域、触敏显示器和/或可配置区域的任何组合。显示器1040可被嵌入阴影信息存储设备1000中，或者可以是可从阴影信息存储设备1000附接和拆卸的外设装置。显示器1040可以是单屏或多屏显示器。单个物理屏幕可包括作为允许不同的内容被显示在单独的显示器(但是是同一物理屏幕的部分)上的单独的逻辑显示器被管理的多个显示器。显示器1040还可被实现为眼镜显示器(EGD)，其包括单目镜或双目镜。

图11是示出3D渲染设备1100的示例的示图。参照图11，3D渲染设备1100包括处理器1110和存储器1120。存储器1120与处理器1110通信，并且存储可由处理器1110实现的指令、将要由处理器1110处理的数据或者由处理器1110处理的数据。处理器1110访问存储器1120以实现存储在存储器1120中的指令。在一个示例中，处理器1110可包括用于渲染3D模型的至少一个图形处理单元(GPU)。

在一个示例中，处理器1110可执行参照图1至图9描述的至少一个操作。当3D模型和阴影信息被输入3D渲染设备1100时，处理器1110基于3D模型和阴影信息来渲染3D模型，并且生成包括阴影区域的渲染图像。阴影信息可被存储在GPU中的纹理缓冲器中，处理器1110通过参考存储在纹理缓冲器中的阴影信息来计算3D模型的阴影值。处理器1110从阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值，并且通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值。处理器1110基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域。

在另一示例中，处理器1110基于从参考虚拟光源辐射的光来确定关于参考虚拟光源的阴影信息，并且通过对关于参考虚拟光源的阴影信息进行插值来确定关于当前虚拟光源的阴影信息。处理器1110基于针对各个虚拟光源确定的阴影信息来确定3D模型的阴影区域。在一个示例中，处理器1110可将带有阴影区域的3D模型的渲染图像输出至图10的阴影信息存储设备1000的输出装置(诸如显示器1040)。

图10和图11所示的执行本文中参照图1至图9所描述的操作的设备、单元、模块、装置和其他组件由硬件组件来实现。硬件组件的示例包括控制器、传感器、生成器、驱动器以及本领域普通技术人员公知的任何其他电子组件。在一个示例中，硬件组件通过一个或多个处理器或者计算机来实现。处理器或计算机通过一个或多个处理元件来实现，诸如逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元、数字信号处理器、微计算机、可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或者本领域普通技术人员所公知的能够以限定的方式响应并执行指令以实现期望的结果的任何其他装置或装置的组合。在一个示例中，处理器或计算机包括或连接至存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。通过处理器或计算机实现的硬件组件执行诸如操作***(OS)以及在OS上运行的一个或多个软件应用的指令或软件，以执行本文中参照图1、图2和图3描述的操作。硬件组件还响应于指令或软件的执行来访问、操纵、处理、创建和存储数据。为了简明，可在本文所描述的示例的描述中使用单数术语“处理器”或“计算机”，但是在其他示例中，使用多个处理器或计算机，或者处理器或计算机包括多个处理元件或者多种类型的处理元件或者应用这二者。在一个示例中，硬件组件包括多个处理器，而在另一示例中，硬件组件包括处理器和控制器。硬件组件具有任一个或多个不同的处理配置，其示例包括单个处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理和多指令多数据(MIMD)多处理。

图1至图9所示的执行本文所述的操作的方法由如上所述执行指令或软件以执行本文所述的操作的计算硬件来执行。

控制处理器或计算机以实现硬件组件并且执行如上所述的方法的指令或软件被编写为计算机程序、代码段、指令或者其任何组合，用于单独地或共同地指示或配置处理器或计算机作为机器或专用计算机操作以执行如上所述由硬件组件执行的操作和方法。在一个示例中，指令或软件包括直接由处理器或计算机执行的机器代码，诸如通过编译器生成的机器代码。在另一示例中，指令或软件包括由处理器或计算机利用解释器执行的高级代码。本领域普通程序员可基于附图中所示的框图和流程图以及说明书中的对应描述(其公开了用于执行如上所述由硬件组件执行的操作和方法的算法)容易地编写指令或软件。

控制处理器或计算机以实现硬件组件并且执行如本文所述的方法的指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中或一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-RLTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及本领域普通技术人员已知的能够以非暂时性方式存储指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构并且将指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机以使得处理器或计算机可执行指令的的任何装置。在一个示例中，指令或软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构分布于联网的计算机***上，以使得指令和软件以及任何关联的数据、数据文件和数据结构由处理器或计算机以分布式方式被存储、访问和执行。

尽管本公开包括特定示例，但是对于本领域普通技术人员而言将显而易见的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行各种形式和细节上的改变。本文所描述的示例将仅从描述的意义上考虑，而非为了限制。每一个示例中的特征或方面的描述将被视为可适用于其他示例中的类似特征或方面。如果所描述的技术按照不同的次序被执行，和/或如果所描述的***、架构、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或通过其他组件或其等同物替代或补充，则可能实现适当的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。

Claims (17)

1.一种阴影信息存储方法，包括：

通过渲染三维(3D)模型来确定阴影区域；

基于3D模型的顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离来确定顶点的阴影特征值；以及

存储所确定的阴影特征值，

其中，存储阴影特征值的步骤包括：

在通过渲染3D模型生成的图像帧中将阴影特征值的变化类型分类为多个簇；以及

存储所述多个簇之中与顶点的阴影特征值的变化对应的簇的索引，

其中，顶点的阴影特征值包括关于顶点是否位于阴影区域中的信息以及关于顶点与阴影区域的边界之间的距离的信息。

2.根据权利要求1所述的阴影信息存储方法，其中，存储阴影特征值的步骤包括：

通过基于参考虚拟光源的位置对阴影特征值进行分类来存储阴影特征值。

3.根据权利要求1所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

计算顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离或者顶点的位置与从阴影区域的边界延伸的线之间的距离；以及

基于所计算的距离来确定阴影特征值。

4.根据权利要求1所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

基于对顶点是否位于阴影区域中的确定来确定阴影特征值的符号。

5.根据权利要求1所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

确定阴影区域是否存在于由顶点以及该顶点的邻近顶点形成的多边形中。

6.根据权利要求5所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

响应于确定阴影区域不在所述多边形中，将形成所述多边形的顶点的阴影特征值的符号设置为相同的符号。

7.根据权利要求5所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

响应于形成多边形的顶点被确定为位于阴影区域中，将形成多边形的顶点的阴影特征值的符号设置为相同的符号。

8.根据权利要求5所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

响应于阴影区域的边界存在于多边形中，确定顶点的位置与阴影区域的边界之间的距离。

9.根据权利要求1所述的阴影信息存储方法，其中，确定阴影区域的步骤包括：

将3D模型中的邻近顶点之间的部分划分成多个样本；以及

通过追踪从在所述多个样本的位置处的参考虚拟光源辐射的光的移动路径来确定阴影区域的边界。

10.根据权利要求9所述的阴影信息存储方法，其中，划分邻近顶点之间的部分的步骤包括：

将邻近顶点之间的部分划分成数量大于存在于所述邻近顶点之间的部分中的阴影区域的边界的数量的样本。

11.一种渲染三维(3D)模型的3D渲染方法，所述3D渲染方法包括：

从阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值；

通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值；和

基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域，

其中，所述3D渲染方法还包括：

在通过渲染3D模型生成的图像帧中将阴影特征值的变化类型分类为多个簇；以及

存储所述多个簇之中与顶点的阴影特征值的变化对应的簇的索引，

其中，顶点的阴影特征值包括关于顶点是否位于阴影区域中的信息以及关于顶点与阴影区域的边界之间的距离的信息。

12.根据权利要求11所述的3D渲染方法，其中，确定阴影特征值的步骤包括：

通过对形成多边形的顶点的阴影特征值进行插值来确定多边形的各个像素的阴影特征值。

13.根据权利要求11所述的3D渲染方法，其中，提取阴影特征值的步骤包括：

从阴影信息提取针对与当前虚拟光源邻近的参考虚拟光源的各个顶点的阴影特征值。

14.根据权利要求11所述的3D渲染方法，其中，确定阴影区域的步骤包括：

基于针对各个像素确定的阴影特征值的符号来确定阴影区域。

15.根据权利要求11所述的3D渲染方法，其中，确定阴影区域的步骤包括：

通过将针对各个像素确定的阴影特征值与阈值进行比较来确定阴影区域。

16.一种三维(3D)渲染设备，包括：

处理器，被配置为从阴影信息提取3D模型的各个顶点的阴影特征值，通过对所提取的阴影特征值进行插值来确定各个像素的阴影特征值，并且基于针对各个像素确定的阴影特征值来确定阴影区域，

其中，处理器还被配置为：

在通过渲染3D模型生成的图像帧中将阴影特征值的变化类型分类为多个簇；以及

存储所述多个簇之中与顶点的阴影特征值的变化对应的簇的索引，

其中，顶点的阴影特征值包括关于顶点是否位于阴影区域中的信息以及关于顶点与阴影区域的边界之间的距离的信息。

17.根据权利要求16所述的设备，其中，处理器包括至少一个图形处理单元(GPU)，并且阴影信息被存储在GPU的纹理缓冲器中。

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