CN116883607B - 基于辐射传输的虚拟现实场景生成*** - Google Patents
基于辐射传输的虚拟现实场景生成*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及基于辐射传输的虚拟现实场景生成***。所述***包括：3D场景生成单元和虚拟现实场景生成单元；所述3D场景生成单元，配置用于基于输入的二维图片，生成第一三维场景和生成第二三维场景；所述虚拟现实场景生成单元，配置用于导入第一三维场景和第二三维场景，将第一三维场景和第二三维场景进行像素重叠，以此得到重叠三维场景，将重叠三维场景划分为多个体元，建立重叠三维场景的辐射传输方程，并求解辐射传输传输方程得到方程求解结果，发射射线到重叠三维场景中，得到虚拟现实场景。通过像素重叠和三维场景生成，实现了更逼真、自然的虚拟现实场景，增强了深度感和真实感。
Description
技术领域
本发明属于虚拟现实技术领域，具体涉及基于辐射传输的虚拟现实场景生成***。
背景技术
虚拟现实技术近年来在娱乐、教育、医疗等领域取得了显著的发展和应用。通过模拟虚拟世界，用户可以身临其境地体验多样的场景和体验。其中，虚拟现实场景的逼真感和视觉效果是用户体验的重要因素之一。在这方面，光照效果的模拟对于创造出更加真实、引人入胜的虚拟场景至关重要。然而，现有技术在虚拟现实光照模拟方面仍然面临着一些挑战。
在虚拟现实光照模拟领域，已有一些方法和技术被广泛应用，例如光线追踪、辐射传输等。光线追踪方法通过模拟光线从观察点到物体表面的传播，计算光线与物体交互产生的光照效果。辐射传输方法则更加关注光线在场景中的传播和交互，考虑了反射、折射等多种光线行为。这些方法在许多情况下能够产生逼真的光照效果，但在一些特定情况下仍存在一些问题。
虽然现有方法能够模拟光线的传播和交互，但在生成虚拟场景时，深度感常常难以准确地还原。特别是在场景中存在多个深度层的情况下，光照的传播和影响如何模拟仍然是一个具有挑战性的问题。当虚拟现实场景中存在重叠区域时，现有技术往往难以实现自然的过渡和效果。重叠区域的光照传播、像素值计算等问题需要更精确的处理，以避免过于扁平或过于深入的效果。虚拟现实场景中可能包含大量的物体、光源和纹理等，导致计算量巨大。在保证逼真效果的同时，如何提高光照模拟的计算效率是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，通过像素重叠和三维场景生成，实现了更逼真、自然的虚拟现实场景，增强了深度感和真实感。
为解决上述技术问题，本发明提供基于辐射传输的虚拟现实场景生成***：3D场景生成单元和虚拟现实场景生成单元；所述3D场景生成单元，配置用于基于输入的二维图片，按照设置的第一深度值，生成第一三维场景，以及按照设置的第二深度值生成第二三维场景；所述虚拟现实场景生成单元，配置用于导入第一三维场景和第二三维场景，将第一三维场景和第二三维场景进行像素重叠，在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离，以此得到重叠三维场景，将重叠场景划分为多个体元，在重叠三维场景中设置观察点位置，建立重叠三维三维场景的辐射传输方程，并求解辐射传输传输方程得到方程求解结果，然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，通过射线与重叠三维场景的交互和方程求解结果，确定重叠三维场景中每个像素的像素值，最后基于计算得到的像素值对重叠三维场景进行渲染，得到虚拟现实场景。
进一步的，所述辐射传输方程使用如下公式进行表示：
；
其中：为从体元/>沿方向/>发出的辐射度；/>为从体元/>沿方向发出的自发辐射度；/>为双向反射分布函数，描述了在体元/>从输入方向/>沿方向/>的光反射特性；/>为进入体元/>沿方向/>的辐射度；/>为表面的法向量；/>为半球；/>为第二深度值；/>为第一深度值；/>为重叠三维场景中的对应像素的距离；表示方向/>与法向量/>的点积。
进一步的，所述双向反射分布函数使用如下公式进行表示：
；
其中：为体元/>的漫反射系数；/>为体元/>的镜面反射系数；/>为表面的法向量；是完美反射方向，计算公式为：/>；/>是Phong指数，控制高光的尖锐度。
进一步的，所述求解辐射传输传输方程得到方程求解结果的方法包括：对于每个体元，从观察点发出射线；该射线与重叠三维场景中相交时，确定交点；从交点发射一个或多个随机射线到场景，计算这些随机射线的辐射并加权平均得到中间值，使用该中间值作为体元的出射辐射，将所有体元的出射辐射组成的几何作为方程求解结果。
进一步的，所述体元的出射辐射使用如下公式计算得到：
；
其中，为体元/>的出射辐射，/>为从交点发射的随机射线的数量，/>是选择方向/>的概率密度函数。
进一步的，所述确定重叠三维场景中每个像素的像素值的方法包括：然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，对于每条发射的射线，判断它与重叠三维场景中的体元是否相交，如果射线与某个体元相交，就记录交点的位置，在交点处，根据辐射传输方程，计算出交点处的辐射度，当交点所处的平面有反射属性时，从交点处按照反射规律发射一条反射射线，反射射线的方向使用如下公式计算得到：；然后，继续对这条反射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；如果表面具有折射属性，当射线击中这个表面时，通过如下公式计算折射射线的方向：
；
其中，是入射媒介的折射率，n2是折射媒介的折射率。然后，对这条折射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；通过对每条射线上的交点处辐射度进行累计运算后取平均值计算得到像素点的像素值；重复上述步骤，直到计算得到所有像素点的像素值。
进一步的，所述第一深度值满足以下约束关系：
；
其中，为第一调整系数，取值范围为0.25到0.35；/>为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方。
进一步的，所述第二深度值满足以下约束关系：
；
其中，为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方；/>为第三调整系数，取值范围为0.6~0.9。
进一步的，在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离使用如下公式计算得到：
；
其中，为设置的距离。
本发明的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，具有以下有益效果：首先，本发明采用基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，能够实现更加逼真的光照模拟。现有虚拟现实技术在光线追踪、辐射传输等方面已有广泛应用，但对于深度感的还原和光照效果的准确模拟仍存在挑战。本发明通过对重叠区域的精确处理，能够更好地模拟不同深度层之间的光照传播，使得虚拟现实场景的深度感更加真实，用户体验更为引人入胜。其次，本发明的像素重叠技术在处理重叠场景时表现出色。虚拟现实场景中可能存在多个深度层的重叠，而现有技术难以自然地处理这些区域，常常出现过于平面或过于深入的效果。本发明通过像素重叠的技术，能够精确计算每个像素在重叠区域中的位置和间隔，使得场景的过渡更加自然平衡，用户感受更加真实。另外，本发明考虑了计算效率问题，对于虚拟现实场景中的大量物体、光源和纹理等，通过合理的模拟和优化，提高了光照模拟的计算效率。这使得虚拟现实的场景生成过程更加流畅，用户可以在更短的时间内获得更令人满意的视觉效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***的***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
实施例1：参考图1，基于辐射传输的虚拟现实场景生成***：3D场景生成单元和虚拟现实场景生成单元；所述3D场景生成单元，配置用于基于输入的二维图片，按照设置的第一深度值，生成第一三维场景，以及按照设置的第二深度值生成第二三维场景；所述虚拟现实场景生成单元，配置用于导入第一三维场景和第二三维场景，将第一三维场景和第二三维场景进行像素重叠，在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离，以此得到重叠三维场景，将重叠场景划分为多个体元，在重叠三维场景中设置观察点位置，建立重叠三维三维场景的辐射传输方程，并求解辐射传输传输方程得到方程求解结果，然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，通过射线与重叠三维场景的交互和方程求解结果，确定重叠三维场景中每个像素的像素值，最后基于计算得到的像素值对重叠三维场景进行渲染，得到虚拟现实场景。
具体的，3D场景生成单元根据输入的二维图片和设置的深度值，创建不同深度层次的三维场景。这模拟了物体在不同深度位置上的存在，从而增加了真实感。虚拟现实场景生成单元中的像素重叠步骤是为了将不同深度的场景合成为一个场景。在重叠时，像素之间的距离设置保证了视觉上的混合效果，从而创建出立体感。建立辐射传输方程考虑了光线在场景中的传播和相互作用。这方程描述了光线经过各种表面时的反射、折射和吸收等现象。通过求解这个方程，能够模拟出光线在场景中的传播和相互作用，进而计算出每个像素的亮度值。根据求解得到的辐射传输方程结果，***发射射线到场景中并与之交互，计算出每个像素的亮度和颜色信息。这些像素值代表了光线在场景中的传播情况，它们决定了最终场景的外观。
假设有一个虚拟现实***，用户可以提供一张二维图片和深度设置。用户提供了一张森林的照片作为输入，并设置了不同的深度值，如前景树木和背景。***中的3D场景生成单元根据这些信息，创建了一个包含前景树木和背景的三维场景。
然后，虚拟现实场景生成单元将前景和背景的三维场景进行像素重叠，确保前景和背景之间的距离与设置一致。这样，前景树木和背景就能在视觉上有机地融合在一起，产生了真实的深度感。
接着，***建立了辐射传输方程，考虑了光线在前景和背景的反射、折射和散射等现象。通过求解这个方程，***计算出从用户观察点发射的光线在场景中的传播路径，并确定每个像素的亮度值。
最后，***使用计算得到的像素值对整个虚拟现实场景进行渲染。前景树木呈现出逼真的光照效果，背景则适应用户所设定的深度，从而形成一个与真实世界类似的虚拟现实场景。
像素重叠是指将不同深度的场景在像素级别进行叠加，以模拟物体在不同深度位置上的存在。在像素重叠过程中，***需要确保不同深度场景中对应的像素在视觉上保持一定的距离，以实现真实的混合效果。像素重叠能够增强虚拟现实场景的深度感。通过将前景和背景的场景像素适当地重叠，可以让人眼感知到不同物体在不同深度上的位置，从而增强了场景的层次感和真实感。像素重叠是产生立体感的关键步骤。通过将不同深度的场景像素合成在一起，观察者会感到物体在场景中具有实际的深度，仿佛物体真正地存在于虚拟现实空间中。在真实世界中，物体的前景和背景往往会在视觉上融合，而不是分离。像素重叠可以模拟这种现象，使得不同深度的场景在视觉上产生自然的融合效果，提高了虚拟现实场景的逼真度。通过设置不同深度场景中像素之间的距离，可以实现场景过渡的平滑性。这样在前景和背景交界处，不会出现明显的断裂感，而是呈现出平滑的过渡效果。
以海滩场景为例，假设有一棵棕榈树作为前景，海浪和天空作为背景。在像素重叠时，***会确保棕榈树的像素与海浪和天空的像素之间有一定的距离，这个距离模拟了物体在真实场景中的深度差。这样，在最终渲染时，棕榈树会在视觉上立体地融入到海浪和天空中，产生逼真的深度和层次感，使观察者感受到场景的立体性。这个例子展示了像素重叠如何通过设置像素间距离，实现场景的混合和立体效果。
生成三维场景的目标是将输入的二维图像转化为具有深度信息的三维场景，以增加场景的真实感和立体感。这个过程基于视差效应，视差是指当两只眼睛分别看到同一物体时，由于视线之间的角度差异而产生的物***置错觉。首先，***会对输入的二维图片进行预处理，包括图像的分割和特征提取。这有助于识别图像中不同的物体和区域。基于用户设置的深度值，***会计算出每个像素点的视差。前景物体的像素会有较大的视差值，背景物体的视差值较小。根据计算得到的视差值，***生成一个深度图。在深度图中，前景物体的像素对应着较大的深度值，背景物体的像素对应着较小的深度值。利用深度图，***将每个像素的二维坐标和对应的深度值转化为三维坐标。这样，对于同一个物体的不同像素，它们会被映射到不同的深度层次上，从而生成了一个具有深度信息的三维场景。
实施例2：所述辐射传输方程使用如下公式进行表示：
；
其中：为从体元/>沿方向/>发出的辐射度；/>为从体元/>沿方向发出的自发辐射度；/>为双向反射分布函数，描述了在体元/>从输入方向/>沿方向/>的光反射特性；/>为进入体元/>沿方向/>的辐射度；/>为表面的法向量；/>为半球；/>为第二深度值；/>为第一深度值；/>为重叠三维场景中的对应像素的距离；表示方向/>与法向量/>的点积。
具体的，辐射传输方程是一个物理方程，用于描述光线在介质中传播时受到的各种影响。在虚拟现实场景中，它被用于模拟光线从光源到观察者（或相机）的传播路径，以及在传播过程中光线与物体表面的相互作用。辐射传输方程能够模拟光线从光源发出、在场景中传播，最终到达观察者或相机的过程。这使得虚拟场景中的光线行为能够被准确地模拟和再现。通过考虑方程中的自发辐射、反射、折射等因素，辐射传输方程能够计算出观察者在不同位置和方向上看到的光照强度和颜色。这使得虚拟场景能够呈现逼真的光照效果，增加了场景的真实感。方程中的双向反射分布函数（BRDF）描述了光线在物体表面的反射特性，包括漫反射、镜面反射等。这使得不同材质的表面能够以适当的方式反射光线，增加了虚拟场景的细节和质感。通过考虑光线的传播路径和相互作用，辐射传输方程能够模拟出物体之间的遮挡关系，产生真实的深度感和立体感。这使得虚拟现实场景更具空间感。在一个虚拟的室内场景内，房间内有一扇窗户和一张桌子。太阳光透过窗户射入房间，照亮了桌子表面。辐射传输方程可以用来模拟这个过程。它会考虑太阳光的自发辐射、窗户和桌子表面的反射特性，以及光线的传播路径。通过计算辐射传输方程，***可以确定观察者在不同位置看到的光照强度、颜色和影子效果。这样，虚拟场景中的阳光照射和光照效果就能够以逼真的方式呈现，增强了虚拟现实体验的真实感。
实施例3：所述双向反射分布函数使用如下公式进行表示：
；
其中：为体元/>的漫反射系数；/>为体元/>的镜面反射系数；/>为表面的法向量；是完美反射方向，计算公式为：/>；/>是Phong指数，控制高光的尖锐度。
具体的，这个双向反射分布函数（BRDF）公式描述了光线在体元表面反射时的分布特性，即反射光线在不同方向上的强度分布。：表示从体元/>表面沿方向/>反射到方向/>的光线分布函数。它决定了反射光线在不同方向上的强度分布。/>：漫反射系数，表示体元/>表面的漫反射特性。它决定了在不同光线方向上漫反射的强度。/>：镜面反射系数，表示体元/>表面的镜面反射特性。它决定了在不同光线方向上镜面反射的强度。/>：表面法向量，表示体元/>表面在给定点的法线方向。/>：完美反射方向，它是一个理想化的方向，表示光线在表面反射时的方向。计算公式为/>，其中/>是入射光线方向。/>：Phong指数，控制高光的尖锐度。它影响了反射光线在镜面反射方向上的分布形状。这个公式的实质是用一种数学方式来描述物体表面在不同方向上的反射特性。漫反射项考虑了光线均匀散射的情况，镜面反射项考虑了光线在特定方向上的强烈反射。Phong指数控制了高光的扩散程度。
考虑一个虚拟的金属球体场景。这个球体表面具有金属的特性，因此具有高的镜面反射能力。在公式中，可以表示球体的漫反射特性（通常较低），/>表示其高的镜面反射特性。表面的法向量/>在每个点都指向球体表面的外部。
假设光线从一个特定方向入射到球体表面，根据公式计算镜面反射项时，完美反射方向/>会对应到与光线入射方向相对称的反射方向。这样，球体的表面将会呈现出明亮的高光效果，强烈地反射入射光线。
Phong指数控制了高光的扩散程度。较大的/>值将使高光更加集中，看起来更锐利，而较小的/>值将使高光更加扩散，看起来更柔和。这使得虚拟金属球体能够以逼真的方式呈现出高光和反射特性，增强了虚拟现实场景的真实感。
实施例4：所述求解辐射传输传输方程得到方程求解结果的方法包括：对于每个体元，从观察点发出射线；该射线与重叠三维场景中相交时，确定交点；从交点发射一个或多个随机射线到场景，计算这些随机射线的辐射并加权平均得到中间值，使用该中间值作为体元的出射辐射，将所有体元的出射辐射组成的几何作为方程求解结果。
具体的，射线发射：针对观察点，从观察点沿着特定方向发射射线。这些射线模拟了观察者视线的方向。
射线与场景交点：射线与重叠的三维场景中的物体相交。在交点处，确定射线与物体表面的交点坐标。这些交点代表了射线从观察点到达的场景中的位置。
随机射线发射：从交点处发射一个或多个随机射线到场景中。这些随机射线代表了从交点处发出的次要光线，比如漫反射或散射的光线。
辐射计算和加权平均：计算每条随机射线的辐射度，即光线的强度。这可以通过考虑光照源、材质反射特性等来计算。然后，对所有随机射线的辐射度进行加权平均，得到一个中间值。
中间值作为出射辐射：使用这个中间值作为体元的出射辐射度。这个中间值反映了从体元/>发出的光线在特定方向上的强度。
组合所有体元结果：对于所有体元，重复以上步骤，得到每个体元的出射辐射度。将所有体元的出射辐射度结合在一起，形成整个场景的辐射传输方程的解。这个结果表示了观察点位置的光线传播和交互的模拟结果。
这个方法通过模拟观察点位置的光线传播和交互过程，以及考虑随机光线的影响，获得了辐射传输方程的近似解。这使得虚拟现实场景能够以逼真的方式呈现光照效果，增加了场景的真实感和细节。
实施例5：所述体元的出射辐射使用如下公式计算得到：
；
其中，为体元/>的出射辐射，/>为从交点发射的随机射线的数量，/>是选择方向/>的概率密度函数。
具体的，公式实际上是将多个随机采样的光线在体元处的反射、入射光线的辐射度进行计算和加权平均，得到了体元/>的出射辐射度。这个过程模拟了光线在体元表面的相互作用，并考虑了多个随机射线的影响，从而更准确地计算了出射光线的强度。
这个公式的计算过程通常在计算机图形学中用于渲染引擎中，以模拟光线在虚拟现实场景中的传播和交互过程，从而生成逼真的光照效果。
实施例6：所述确定重叠三维场景中每个像素的像素值的方法包括：然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，对于每条发射的射线，判断它与重叠三维场景中的体元是否相交，如果射线与某个体元相交，就记录交点的位置，在交点处，根据辐射传输方程，计算出交点处的辐射度，当交点所处的平面有反射属性时，从交点处按照反射规律发射一条反射射线，反射射线的方向使用如下公式计算得到：；然后，继续对这条反射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；如果表面具有折射属性，当射线击中这个表面时，通过如下公式计算折射射线的方向：
；
其中，是入射媒介的折射率，n2是折射媒介的折射率。然后，对这条折射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；通过对每条射线上的交点处辐射度进行累计运算后取平均值计算得到像素点的像素值；重复上述步骤，直到计算得到所有像素点的像素值。
具体的，射线发射与相交判断：从观察点位置开始，发射射线到重叠的三维场景中。对于每条射线，判断它是否与场景中的体元相交。这个步骤用于确定光线传播路径。交点的辐射度计算：如果射线与某个体元相交，记录交点的位置。然后，根据辐射传输方程计算交点处的辐射度。这个步骤用于计算光线在交点处的强度。反射射线计算：如果交点所处的表面具有反射属性，根据反射规律计算反射射线的方向。这个步骤用于模拟光线在表面反射时的行为。折射射线计算：如果表面具有折射属性，根据折射规律计算折射射线的方向。这个步骤用于模拟光线在表面折射时的行为。迭代计算：对于反射射线或折射射线，进行碰撞检测和辐射度计算。这个过程迭代多次，以模拟光线在表面的多次反射或折射。像素值计算：通过对每条射线上的交点处辐射度进行累计运算，并最终取平均值，计算得到像素点的像素值。这个值代表了从观察点位置看到的场景中的光照强度。重复计算：重复上述步骤，对所有像素点进行像素值的计算。通过这个过程，得到了整个重叠三维场景中每个像素的像素值。
这个方法在渲染引擎中常用于生成逼真的光照效果。通过模拟光线的传播、反射和折射，以及考虑多次反射或折射的影响，能够生成更加真实的虚拟现实场景。
实施例7：所述第一深度值满足以下约束关系：
；
其中，为第一调整系数，取值范围为0.25到0.35；/>为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方。
具体的，这个约束关系是为了确保生成的虚拟现实场景在深度值方面能够保持适当的范围，以避免过于平面或过于深入的场景。具体来说：
左侧约束表示一个与图片像素数量、长度和宽度相关的表达式。其中，/>表示计算/>的对数的绝对值。左侧乘以第一调整系数/>，以控制约束范围。
右侧约束表示一个与图片面积相关的表达式。其中，/>是图片的面积，/>表示图片的长度和宽度的线性组合。右侧乘以第二调整系数/>，以控制约束范围。
这个约束关系要求第一深度值处于这两个约束的范围内。这样设计的目的是确保生成的虚拟现实场景的深度值在适当的范围内，不会过于扁平或过于深入，从而增加了场景的逼真感。
在实际应用中，这个约束关系可以作为生成虚拟现实场景的参数设置之一，以确保生成的场景在深度感方面能够符合视觉期望。
实施例8：所述第二深度值满足以下约束关系：
；
其中，为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方；/>为第三调整系数，取值范围为0.6~0.9。
具体的，这个约束关系旨在确保生成的虚拟现实场景的第二深度值能够在适当的范围内，既不过浅也不过深，从而增强场景的逼真感。
左侧约束表示一个与图片面积相关的表达式。其中，/>是图片的面积，/>表示图片的长度和宽度的线性组合。左侧乘以第二调整系数/>，以控制约束范围。
右侧约束表示一个与图片面积相关的表达式。右侧乘以第三调整系数/>，以控制约束范围。
这个约束关系要求第二深度值处于这两个约束的范围内，以确保生成的虚拟现实场景的深度值在适当的范围内。通过调整/>和/>这两个调整系数，可以灵活地控制第二深度值的取值范围，从而适应不同场景和视觉需求。
在实际应用中，这个约束关系可以用来调整虚拟现实场景的深度感和逼真度，以获得更符合期望的视觉效果。
实施例9：在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离使用如下公式计算得到：
；
其中，为设置的距离。
具体的，在生成重叠的虚拟现实场景时，希望保持不同深度层之间的像素具有一定的间隔，以确保场景在视觉上有足够的深度感。通过公式来计算像素之间的距离，实际上是在考虑了第一深度值和第二深度值的影响后，用指数函数来确定距离的大小。
当接近/>时，指数函数的值接近1，意味着设置的距离/>接近0，像素之间的间隔较小。这适用于场景中深度较小的区域，保持像素相对接近。
当大于/>时，指数函数的值增大，意味着设置的距离/>逐渐增大，像素之间的间隔增加。这适用于场景中深度较大的区域，确保像素之间有足够的间隔。
这种方式可以根据深度值的变化，自适应地调整像素之间的间隔，从而在重叠的虚拟现实场景中实现合适的深度感和视觉效果。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和***的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述***包括：3D场景生成单元和虚拟现实场景生成单元；所述3D场景生成单元，配置用于基于输入的二维图片，按照设置的第一深度值，生成第一三维场景，以及按照设置的第二深度值生成第二三维场景；所述虚拟现实场景生成单元，配置用于导入第一三维场景和第二三维场景，将第一三维场景和第二三维场景进行像素重叠，在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离，以此得到重叠三维场景，将重叠场景划分为多个体元，在重叠三维场景中设置观察点位置，建立重叠三维三维场景的辐射传输方程，并求解辐射传输传输方程得到方程求解结果，然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，通过射线与重叠三维场景的交互和方程求解结果，确定重叠三维场景中每个像素的像素值，最后基于计算得到的像素值对重叠三维场景进行渲染，得到虚拟现实场景；所述辐射传输方程使用如下公式进行表示：
；
其中：为从体元/>沿方向/>发出的辐射度；/>为从体元/>沿方向/>发出的自发辐射度；/>为双向反射分布函数，描述了在体元/>从输入方向/>沿方向/>的光反射特性；/>为进入体元/>沿方向/>的辐射度；/>为表面的法向量；/>为半球；/>为第二深度值；/>为第一深度值；/>为重叠三维场景中的对应像素的距离；表示方向/>与法向量/>的点积。
2.如权利要求1所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述双向反射分布函数使用如下公式进行表示：
；
其中：为体元/>的漫反射系数；/>为体元/>的镜面反射系数；/>为表面的法向量；/>是完美反射方向，计算公式为：/>；/>是Phong指数，控制高光的尖锐度。
3.如权利要求2所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述求解辐射传输传输方程得到方程求解结果的方法包括：对于每个体元，从观察点发出射线；该射线与重叠三维场景中相交时，确定交点；从交点发射一个或多个随机射线到场景，计算这些随机射线的辐射并加权平均得到中间值，使用该中间值作为体元的出射辐射，将所有体元的出射辐射组成的几何作为方程求解结果。
4.如权利要求3所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述体元的出射辐射使用如下公式计算得到：
；
其中，为体元/>的出射辐射，/>为从交点发射的随机射线的数量，/>是选择方向的概率密度函数。
5.如权利要求4所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述确定重叠三维场景中每个像素的像素值的方法包括：然后从观察点位置开始，发射射线到重叠三维场景中，对于每条发射的射线，判断它与重叠三维场景中的体元是否相交，如果射线与某个体元相交，就记录交点的位置，在交点处，根据辐射传输方程，计算出交点处的辐射度，当交点所处的平面有反射属性时，从交点处按照反射规律发射一条反射射线，反射射线的方向使用如下公式计算得到：；然后，继续对这条反射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；如果表面具有折射属性，当射线击中这个表面时，通过如下公式计算折射射线的方向：
；
其中，是入射媒介的折射率，n2是折射媒介的折射率。然后，对这条折射射线进行碰撞检测和辐射度计算，以此类推，迭代设定次数后，停止碰撞检测和辐射度计算；通过对每条射线上的交点处辐射度进行累计运算后取平均值计算得到像素点的像素值；重复上述步骤，直到计算得到所有像素点的像素值。
6.如权利要求5所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述第一深度值满足以下约束关系：
；
其中，为第一调整系数，取值范围为0.25到0.35；/>为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方。
7.如权利要求6所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，所述第二深度值满足以下约束关系：
；
其中，为二维图片的像素数；/>为二维图片的长度，单位为像素，/>为二维图片的宽度，单位为像素；/>为第二调整系数，取值范围为0.35到0.5；/>为二维图片的面积，单位为像素的平方；/>为第三调整系数，取值范围为0.6~0.9。
8.如权利要求7所述的基于辐射传输的虚拟现实场景生成***，其特征在于，在进行像素重叠时，第一三维场景中的每个像素与第二三维场景中对应的每个像素保持设置的距离使用如下公式计算得到：
；
其中，为设置的距离。
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