CN109934903B - 高光信息提取方法、***、计算机设备及存储介质 - Google Patents
高光信息提取方法、***、计算机设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种高光信息提取方法、***、计算机设备以及计算机可读存储介质，其中方法包括：获取环境贴图；对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；根据入射光量统计得到反射光量；根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。通过本方案实现获取高光信息需要的计算量大大减少，并且能够达到与传统相同的效果，实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
Description
技术领域
本发明涉及计算机图形学领域，具体而言，涉及一种高光信息提取方法和***。
背景技术
虚拟现实制作中，就是将“假”的东西放进“真”的场景中，并制作出“真”的效果，将虚拟物体与真实场景融为一体是虚拟现实制作的核心。真实场景中的光照信息中需要渲染的主要有两类：漫反射辐照(Diffuse Irradiance)和镜面反射辐照(SpecularIrradiance)。漫反射辐照也称作朗伯反射(Lambertian)，现阶段中，场景中的光照信息可以从环境贴图中提取，通过卷积和重要性采样，最终得到两张输出图片：漫反射(Diffuse)图片和镜面反射(Specular)图片。其中环境贴图(EM，Environment Mapping)也称为反射贴图(Reflection Mapping)。在对镜面反射辐照(SpecularIrradiance)进行信息提取时，由于物体表面高光的信息完全依赖与光源的方向和强弱以及物体表面材质的属性，若使用传统方式进行均匀采样以及半球积分计算得到，则需要大量采样点才能获得较为准确的结果，计算量巨大，无法实现实时渲染。
因此，需要一种对高光信息的提取方法来解决无法对高光信息对场景的实时渲染问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个方面在于提出了一种高光信息提取方法。
本发明的另一个方面在于提出了一种高光信息提取***。
本发明的再一个方面在于提出了一种计算机设备。
本发明的又一个方面在于提出了一种计算机可读存储介质。
有鉴于此，根据本发明的一个方面，提出了一种高光信息提取方法，包括：获取环境贴图；对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；根据入射光量统计得到反射光量；根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
本发明提供的高光信息提取方法，通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。根据本发明的上述高光信息提取方法，还可以具有以下技术特征：
在上述技术方案中，优选地，根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量具体包括：使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；根据不依赖视点环境贴图确定采样方向；根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号；根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量。
在该技术方案中，使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔。其中Mipmap(muitum in parvo，在一个小空间里的参数)，Mipmap是一种电脑图形图像技术，具体是一种纹理映射技术，即第l层图片中的像素值是第l-1层图像中对应位置的4个像素平均值，在传统高光提取采样过程中，无效采样点数量相对过多，采样效率低，使用Mipmap技术可以降低在采样过程中出现的无效采样点对最终结果的影响，具体在对与图像细节要求不高可以在影像金字塔层级较高位置采样，对于图像细节要求较高的在影像金字塔层级较低位置采样，从而保证了采样点的有效性，提高了采样效率；根据不依赖视点环境贴图确定采样方向，并根据任一采样方向确定与采样方向对应的颜色值在影像金字塔中的层号，通过影像金字塔层号查找对应的颜色值，将此颜色值作为该采样方向上的入射光量，在此过程中，直接通过影像金字塔层号来确定采样方向上的入射光量，计算简单，克服了传统计算方式的计算量大的问题，通过本方案能够实现在原有采样点数量的四分之一的基础上完成实时渲染的效果，从而利于渲染实时化。
在上述技术方案中，优选地，根据不依赖视点环境贴图确定采样方向具体包括：根据不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；在半球内任意选择多个方向作为采样方向。
在该技术方案中，在确定以任意方向作为法线方向展开的半球，以使在半球中任意选择多个方向作为采样方向，并对采样方向确定对应的入射光量，在此过程中，将原有的在半球内的积分转化为对半球中多个方向上入射光量的在法线方向上进行投影再做累加，从而减少了需要的计算量。
在上述技术方案中，优选地，根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号，具体包括：获取采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的属性以及环境贴图的映射畸变因子，属性包括：不依赖视点环境贴图的物理尺寸和概率密度函数；根据不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及采样方向的数量计算层号。
在该技术方案中，通过获取半球内采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子和概率密度函数可以准确计算得到采样层号，并且可以根据需要图像细节要求不同选择不同数量的采样数量从而计算得到准确的采样层号，更精确的表现真实场景的高光信息，此外，需要的计算量远远小于传统高光信息的计算量，从而减少了需要计算的数据，为实时渲染提供了时间上的支持。
在上述技术方案中，优选地，采样层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、N是半球内采样方向的数量、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
在该技术方案中，采样层号l分别与不依赖视点环境贴图的宽度w、不依赖视点环境贴图的长度h、半球内采样方向的数量N、概率密度函数pdf以及环境贴图的映射畸变因子d有关，通过该式进行计算直接得到采样层号l，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
在上述技术方案中，优选地，根据入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是半球内采样方向的数量、Lis是半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
在该技术方案中，某一方向上的反射光量Lo与半球内采样方向的数量N、半球内某一采样方向
的入射光量Lis、双向反射率分布函数frs、采样方向
的余弦值
以及由frs经过标准化处理作为概率密度函数pdf有关，通过该式进行累加计算直接得到某一方向上的反射光量Lo，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
本发明的另一个方面在于提出了一种高光信息提取***。
其中高光信息提取***包括：获取单元，用于获取环境贴图；转化单元，用于对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；确定单元，用于根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；统计单元，用于根据入射光量统计得到反射光量；输出单元，用于根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
本发明提供的高光信息提取***，通过获取单元获取环境贴图，利用转化单元对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响。通过确定单元根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，使用输出单元收集所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
根据本发明的上述高光信息提取***，还可以具有以下技术特征：
在上述技术方案中，优选地，确定单元具体包括：生成单元，用于使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；采样方向确定单元，用于根据不依赖视点环境贴图确定采样方向；计算单元，用于根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号；查找单元，用于根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量。
在该技术方案中，生成单元使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔。其中Mipmap(muitum in parvo，在一个小空间里的参数)，Mipmap是一种电脑图形图像技术，具体是一种纹理映射技术，即第l层图片中的像素值是第l-1层图像中对应位置的4个像素平均值，在传统高光提取采样过程中，无效采样点数量相对过多，采样效率低，使用Mipmap技术可以降低无效采样点对结果的影响，具体在对与图像细节要求不高可以在影像金字塔层级较高位置采样，对于图像细节要求较高的在影像金字塔层级较低位置采样，从而保证了采样点的有效性，提高了采样效率；采样方向确定单元根据不依赖视点环境贴图确定采样方向，并通过计算单元根据任一采样方向确定与采样方向对应的颜色值在影像金字塔中的层号，通过影像金字塔层号查找对应的颜色值，将此颜色值作为该采样方向上的入射光量，在此过程中，直接通过影像金字塔层号来确定采样方向上的入射光量，计算简单，克服了传统计算方式的计算量大的问题，通过本方案能够实现在原有采样次数的四分之一的基础上达到相同的效果，完成实时渲染的效果，从而利于渲染实时化。
在上述技术方案中，优选地，采样方向确定单元包括：展开单元，用于根据不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；选择单元，用于在半球内任意选择多个方向作为采样方向。
在该技术方案中，通过展开单元在确定以任意方向作为法线方向展开的半球，以使选择单元在半球中选择多个方向作为采样方向，并对采样方向确定对应的入射光量，在此过程中，将原有的在半球内的积分转化为对半球中多个方向上反射光量的在法线方向上的投影的累加，从而减少了需要的计算量。
在上述技术方案中，优选地，计算单元包括：第一获取单元，用于获取采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的属性以及环境贴图的映射畸变因子，属性包括：不依赖视点环境贴图的物理尺寸和概率密度函数；第一计算单元，用于根据不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及采样方向的数量计算层号。
在该技术方案中，通过获取半球内采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子和概率密度函数可以准确计算得到采样层号，并且可以根据需要图像细节要求不同选择不同数量的采样次数从而计算得到准确的采样层号，更精确的表现真实场景的高光信息，此外，需要的计算量远远小于传统高光信息的计算量，从而减少了需要计算的数据，为实时渲染提供了时间上的支持。
在上述技术方案中，优选地，层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、N是半球内采样方向的数量、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
在该技术方案中，采样层号l分别与不依赖视点环境贴图的宽度w、不依赖视点环境贴图的高度h、半球内采样方向的数量N、概率密度函数pdf以及环境贴图的映射畸变因子d有关，通过该式进行计算直接得到采样层号l，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
在上述技术方案中，优选地，根据入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是所述半球内所述采样方向的数量、Lis是所述半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
在该技术方案中，某一方向上的反射光量Lo与半球内采样方向的数量N、半球内某一采样方向
的入射光量Lis、双向反射率分布函数frs、采样方向
的余弦值
以及由frs经过标准化处理作为概率密度函数pdf有关，通过该式进行计算直接得到某一方向上的反射光量Lo，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
根据本发明的又一个方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述任一项的高光信息提取方法的步骤。
本发明提供的计算机设备，处理器执行计算机程序时实现通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
根据本发明的又一个方面，提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项的高光信息提取方法的步骤。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图；
图2示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图；
图3示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图；
图4示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图；
图5示出了本发明的实施例中的高光信息提取***的示意框图；
图6示出了本发明的一个实施例的计算机设备600的示意框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不限于下面公开的具体实施例的限制。
本发明第一方面的实施例，提出一种高光信息提取方法，图1示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图。其中，该方法包括：
S102，获取环境贴图；
S104，对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
S106，根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；
S108，根据入射光量统计得到反射光量；
S110，根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
在该实施例中，通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
图2示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图。
在本发明的一个实施例中，优选地，高光信息提取方法包括：
S202，获取环境贴图；
S204，对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
S206，使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；
S208，根据不依赖视点环境贴图确定采样方向；
S210，根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号；
S212，根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量；
S214，根据入射光量统计得到反射光量；
S216，根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
在该实施例中，使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔。其中Mipmap(muitum in parvo，在一个小空间里的参数)，Mipmap是一种电脑图形图像技术，具体是一种纹理映射技术，即第l层图片中的像素值是第l-1层图像中对应位置的4个像素平均值，在传统高光提取采样过程中，无效采样点数量相对过多，采样效率低，使用Mipmap技术可以降低在采样过程中出现过无效采样点对结果的影响，具体在对与图像细节要求不高可以在影像金字塔层级较高位置采样，对于图像细节要求较高的在影像金字塔层级较低位置采样，从而保证了采样点的有效性，提高了采样效率；根据不依赖视点环境贴图确定采样方向，并根据任一采样方向确定采样方向在影像金字塔中的层号，通过影像金字塔层号查找对应的颜色值，将此颜色值作为该采样方向上的入射光量，在此过程中，直接通过影像金字塔层号来确定采样方向上的入射光量，计算简单，克服了传统计算方式的计算量大的问题，通过本方案能够实现在原有采样次数的四分之一的基础上获得相同的效果，并可以完成实时渲染，从而利于渲染实时化。
如：传统的高光信息提取方法中，在对依赖视点的环境贴图中平均采集共计1000个点，其中无效采样点可能出现200个，通过繁杂计算得到高光信息，通过本技术方案只需要采集200至300个点，就可以达到与传统方式一样的渲染效果，通过使用影像金字塔来确定对应采样方向的高光信息，减少了在确定高光信息的计算量，从而为实时渲染的计算基础。
图3示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图。
在本发明的一个实施例中，优选地，高光信息提取方法包括：
S302，获取环境贴图；
S304，对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
S306，使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；
S308，根据不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；
S310，在半球内任意选择多个方向作为采样方向；
S312，根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号；
S314，根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量；
S316，根据入射光量统计得到反射光量；
S318，根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
在该实施例中，在确定以任意方向作为法线方向展开的半球，以使在半球中选择多个方向作为采样方向，并对采样方向确定对应的入射光量，在此过程中，将原有的在半球内的积分转化为对半球中多个方向上的在法线方向上的投影的累加，从而减少了需要的计算量。
图4示出了本发明的实施例中的高光信息提取方法的流程示意图。
在本发明的一个实施例中，优选地，高光信息提取方法包括：
S402，获取环境贴图；
S404，对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
S406，使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；
S408，根据不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；
S410，在半球内任意选择多个方向作为采样方向；
S412，获取采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的属性以及环境贴图的映射畸变因子，属性包括：不依赖视点环境贴图的物理尺寸和概率密度函数；
S414，根据不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及采样方向的数量计算层号；
S416，根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量；
S418，根据入射光量统计得到反射光量；
S420，根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
在该实施例中，通过获取不依赖视点环境贴图的采样点的数量、不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子和概率密度函数可以准确计算得到采样层号，并且可以根据需要图像细节要求不同选择不同数量的采样数量从而计算得到准确的采样层号，更精确的表现真实场景的高光信息，此外，需要的计算量远远小于传统高光信息的计算量，从而减少了需要计算的数据，为实时渲染提供了时间上的支持。
在本发明的一个实施例中，优选地，层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、N是半球内采样方向的数量、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
在该实施例中，层号l分别与不依赖视点环境贴图的宽度w、不依赖视点环境贴图的高度h、半球内采样方向的数量N、概率密度函数pdf以及环境贴图的映射畸变因子d有关，通过该式进行计算直接得到层号l，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
在本发明的一个实施例中，优选地，根据入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是半球内采样方向的数量、Lis是半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
在该实施例中，某一方向上的反射光量Lo与半球内采样方向的数量N、半球内某一采样方向
的入射光量Lis、双向反射率分布函数frs、采样方向
的余弦值
以及由frs经过标准化处理作为概率密度函数pdf有关，通过该式进行计算直接得到某一方向上的反射光量Lo，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
本发明第二方面的实施例，提出一种高光信息提取***。图5示出了本发明的实施例中的高光信息提取***的示意框图。其中，高光信息提取***500包括：获取单元502，用于获取环境贴图；转化单元504，用于对环境贴图进行参数化处理，将环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；确定单元506，用于根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；统计单元508，用于根据入射光量统计得到反射光量；输出单元510，用于根据反射光量确定光线反射强度，以及将光线反射强度作为环境贴图的高光信息并输出。
在该实施例中，通过获取单元502获取环境贴图，利用转化单元504对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响，通过确定单元根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，使用统计单元508根据入射光量统计得到反射光量，并使用输出单元510收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
在本发明的一个实施例中，优选地，确定单元506具体包括：生成单元512，用于使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；采样方向确定单元514，用于根据不依赖视点环境贴图确定采样方向；计算单元516，用于根据任一采样方向和影像金字塔确定任一采样方向在影像金字塔对应的层号；查找单元518，用于根据层号查找对应的颜色值，将颜色值作为采样方向上的入射光量。
在该实施例中，生成单元512使用Mipmap技术对不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔。其中Mipmap(muitum in parvo，在一个小空间里的参数)，Mipmap是一种电脑图形图像技术，具体是一种纹理映射技术，即第l层图片中的像素值是第l-1层图像中对应位置的4个像素平均值，在传统高光提取采样过程中，无效采样点数量相对过多，采样效率低，使用Mipmap技术可以降低在采样过程中出现的无效采样点对结果的影响，具体在对与图像细节要求不高可以在影像金字塔层级较高位置采样，对于图像细节要求较高的在影像金字塔层级较低位置采样，从而保证了采样点的有效性，提高了采样效率；采样方向确定单元514根据不依赖视点环境贴图确定采样方向，并通过计算单元516根据任一采样方向确定与采样方向对应的颜色值在影像金字塔中的层号，查找单元518通过影像金字塔层号查找对应的颜色值，将此颜色值作为该采样方向上的入射光量，在此过程中，直接通过影像金字塔层号来确定采样方向上的入射光量，计算简单，克服了传统计算方式的计算量大的问题，通过本方案能够实现在原有采样点数量的四分之一的基础上完成实时渲染的效果，从而利于渲染实时化。
如：传统的高光信息提取方法中，在对依赖视点的环境贴图中平均采集共计1000个点，其中无效采样点可能出现200个，通过繁杂计算得到高光信息，通过本技术方案只需要采集200至300个点，就可以达到与传统方式一样的渲染效果。通过使用影像金字塔来确定对应采样方向的高光信息，减少了在确定高光信息的计算量，从而为实时渲染的计算基础。
在本发明的一个实施例中，优选地，采样方向确定单元514包括：展开单元520，用于根据不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；选择单元522，用于在半球内任意选择多个方向作为采样方向。
在该实施例中，通过展开单元520在确定以任意方向作为法线方向展开的半球，以使选择单元522在半球中选择多个方向作为采样方向，并对采样方向确定对应的入射光量，在此过程中，将原有的在半球内的积分转化为对半球中多个方向上的反射光量在法线方向上的投影的累加，从而减少了需要的计算量。
在本发明的一个实施例中，优选地，计算单元516包括：第一获取单元524，用于获取采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的属性以及环境贴图的映射畸变因子，属性包括：不依赖视点环境贴图的物理尺寸概率密度函数；第一计算单元526，用于根据不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及采样方向的数量计算层号。在该实施例中，第一计算单元526通过第一获取单元524获取半球内采样方向的数量、不依赖视点环境贴图的物理尺寸、环境贴图的映射畸变因子和概率密度函数可以准确计算得到采样层号，并且可以根据需要图像细节要求不同选择不同数量的采样次数从而计算得到准确的采样层号，更精确的表现真实场景的高光信息，此外，需要的计算量远远小于传统高光信息的计算量，从而减少了需要计算的数据，为实时渲染提供了时间上的支持。
在本发明的一个实施例中，优选地，层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、N是半球内采样方向的数量、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
在该实施例中，层号l分别与不依赖视点环境贴图的宽度w、不依赖视点环境贴图的高度h、半球内采样方向的数量N、概率密度函数pdf以及环境贴图的映射畸变因子d有关，通过该式进行计算直接得到层号l，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
在本发明的一个实施例中，优选地，根据入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是半球内采样方向的数量、Lis是所述半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
在该实施例中，某一方向上的反射光量Lo与半球内采样方向的数量N、半球内某一采样方向
的入射光量Lis、双向反射率分布函数frs、采样方向
的余弦值
以及由frs经过标准化处理作为概率密度函数pdf有关，通过该式进行计算直接得到某一方向上的反射光量Lo，公式计算简单，清晰，易于实现数字化。
本发明第三方面的实施例，提出一种计算机设备，图6示出了本发明的一个实施例的计算机设备600的示意框图。其中，该计算机设备600包括：
存储器602、处理器604及存储在所述存储器602上并可在所述处理器604上运行的计算机程序，所述处理器604执行计算机程序时实现如上述任一项高光信息提取方法的步骤。
本发明提供的计算机设备600，处理器604执行计算机程序时实现通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
本发明第四方面的实施例，提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项高光信息提取方法的步骤。
本发明提供的计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现通过获取环境贴图，对环境贴图进行参数化，从而将环境贴图由经纬度图(Latitude-Longitude-Map)转化成不依赖于视点的环境贴图(View-Independent-Map)，以此来摆脱在对高光信息进行计算时受到观察方向的影响；并根据不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量，通过入射光量计算得到反射光量，收集将所有方向的反射光量得到光线反射强度，将光线反射强度作为环境贴图的高光信息输出，在此过程中，通过转化成不依赖视点环境贴图来确定任一方向的反射光量相对于传统方式的统计计算需要的计算量大大减少，并且能够达到相同的效果，此外还能实现实时渲染的要求，摆脱了传统方式对于高光信息的计算过程中需要大量的采样点，并且需要巨大的计算量等问题的困扰。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种高光信息提取方法，其特征在于，
获取环境贴图；
对所述环境贴图进行参数化处理，将所述环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
根据所述不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；
根据所述入射光量统计得到反射光量；
根据所述反射光量确定光线反射强度，以及将所述光线反射强度作为所述环境贴图的高光信息并输出；
所述根据所述不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量具体包括：
使用Mipmap技术对所述不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；
根据所述不依赖视点环境贴图确定采样方向；
根据任一所述采样方向和所述影像金字塔确定任一所述采样方向在所述影像金字塔对应的层号；
根据所述层号查找对应的颜色值，将所述颜色值作为所述采样方向上的入射光量。
2.根据权利要求1所述的高光信息提取方法，其特征在于，
所述根据所述不依赖视点环境贴图确定采样方向具体包括：
根据所述不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；
在所述半球内任意选择多个方向作为采样方向。
3.根据权利要求1或2所述的高光信息提取方法，其特征在于，
所述根据任一所述采样方向和所述影像金字塔确定任一所述采样方向在所述影像金字塔对应的层号，具体包括：
获取所述采样方向的数量、所述不依赖视点环境贴图的属性以及所述环境贴图的映射畸变因子，所述属性包括：所述不依赖视点环境贴图的物理尺寸和概率密度函数；
根据所述不依赖视点环境贴图的物理尺寸、所述环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及所述采样方向的数量计算所述层号。
4.根据权利要求3所述的高光信息提取方法，其特征在于，所述层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、根据所述不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球，在所述半球内任意选择多个方向作为采样方向，N是所述半球内所述采样方向的数量、frs是双向反射率分布函数、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
5.根据权利要求4所述的高光信息提取方法，其特征在于，所述根据所述入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是所述半球内所述采样方向的数量、Lis是所述半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
6.一种高光信息提取***，其特征在于，
获取单元，用于获取环境贴图；
转化单元，用于对所述环境贴图进行参数化处理，将所述环境贴图转化为不依赖视点环境贴图；
确定单元，用于根据所述不依赖视点环境贴图确定任一方向的入射光量；
统计单元，用于根据所述入射光量统计得到反射光量；
输出单元，用于根据所述反射光量确定光线反射强度，以及将所述光线反射强度作为所述环境贴图的高光信息并输出；
所述确定单元具体包括：
生成单元，用于使用Mipmap技术对所述不依赖视点环境贴图进行处理，生成影像金字塔；
采样方向确定单元，用于根据所述不依赖视点环境贴图确定采样方向；
计算单元，用于根据任一所述采样方向和所述影像金字塔确定任一所述采样方向在所述影像金字塔对应的层号；
查找单元，用于根据所述层号查找对应的颜色值，将所述颜色值作为所述采样方向上的入射光量。
7.根据权利要求6所述的高光信息提取***，其特征在于，所述采样方向确定单元包括：
展开单元，用于根据所述不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球；
选择单元，用于在所述半球内任意选择多个方向作为采样方向。
8.根据权利要求6或7所述的高光信息提取***，其特征在于，所述计算单元包括：
第一获取单元，用于获取所述采样方向的数量、所述不依赖视点环境贴图的属性以及所述环境贴图的映射畸变因子，所述属性包括：所述不依赖视点环境贴图的物理尺寸和概率密度函数；
第一计算单元，用于根据所述不依赖视点环境贴图的物理尺寸、所述环境贴图的映射畸变因子、概率密度函数以及所述采样方向的数量计算所述层号。
9.根据权利要求8所述的高光信息提取***，其特征在于，所述层号由以下公式计算得到：
其中，l是层号、w是不依赖视点环境贴图的宽度、h是不依赖视点环境贴图的高度、根据所述不依赖视点环境贴图确定以任意方向作为法线展开的半球，在所述半球内任意选择多个方向作为采样方向，N是所述半球内所述采样方向的数量、frs是双向反射率分布函数、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数、d是环境贴图的映射畸变因子。
10.根据权利要求9所述的高光信息提取***，其特征在于，所述根据所述入射光量统计得到反射光量由以下公式计算得到：
其中，Lo是某一方向上的反射光量、N是所述半球内所述采样方向的数量、Lis是所述半球内某一采样方向
的入射光量、frs是双向反射率分布函数、
是采样方向
的余弦值、pdf是将frs经过标准化处理作为概率密度函数。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器用于执行如权利要求1至5中任一项所述的高光信息提取方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现了如权利要求1至5中任一项所述的高光信息提取方法的步骤。
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