專利名稱：一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)視覺(jué)特效，具體涉及一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法。
背景技術(shù)：
在圖形學(xué)的虛擬仿真和游戲設(shè)計(jì)領(lǐng)域，我們需要給電腦用戶的屏幕添加鏡頭上的水珠這樣的視覺(jué)特效。這種視覺(jué)特效增強(qiáng)了視覺(jué)真實(shí)性和用戶的使用體驗(yàn)。我們從國(guó)內(nèi)外對(duì)該特效的研究論文中，了解到目前模擬這種視覺(jué)特效使用的方法包括SPH(光滑粒子動(dòng)力學(xué))和水珠的高度信息紋理，使用SPH來(lái)模擬該特效雖然可以達(dá)到較高視覺(jué)效果，但是這種渲染方法計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，很難在普通計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)上達(dá)到實(shí)時(shí)渲染，使用水珠的高度信息紋理，需要預(yù)先獲得這樣的高度紋理，然后計(jì)算法向量信息，再進(jìn)行光線折射、反 射和考慮菲涅爾定律的光照渲染計(jì)算，因此水珠的形狀和視覺(jué)效果受高度紋理的限制，而且高度紋理的獲取方法和紋理的分辨率限制了視覺(jué)效果的精確性和逼真性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，解決了目前用于渲染屏幕空間鏡頭水珠的方法太過(guò)復(fù)雜，視覺(jué)效果的精確性和逼真性不夠的問(wèn)題。為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，包括以下步驟用著色語(yǔ)言渲染到場(chǎng)景紋理Texture_Scene,將Texture_Scene傳入屏幕水珠渲染 PASS_WaterDropRender ；向Pass_WaterDropRender 導(dǎo)入一張隨機(jī)數(shù)噪聲紋理 Texture_RandomNoise 和一張 Simplex 噪聲紋理 Texture_SimpIexNoise ；通過(guò)對(duì)隨機(jī)噪聲紋理Texture_RandomNoise的噪音值采樣計(jì)算,獲取水珠可以在屏幕上出現(xiàn)的多個(gè)隨機(jī)位置；生成水珠在屏幕上的隨機(jī)邊界曲線；簡(jiǎn)化水珠曲面；對(duì)水珠曲面進(jìn)行光纖折射渲染。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上述生成水珠在屏幕上的隨機(jī)邊界曲線，是利用Simplex噪聲紋理的Texture_SimplexNoise來(lái)生成,首先在噪聲紋理Texture_RandomNoise中獲取一對(duì)隨機(jī)坐標(biāo)，作為水珠的屏幕中心點(diǎn)，在屏幕空間中設(shè)定遍歷到一個(gè)UiVj像素點(diǎn)，屏幕中心點(diǎn)與UiVj像素點(diǎn)的線段為UiVj像素段，則UiVj像素段經(jīng)過(guò)邊界曲線的點(diǎn)為邊界曲線點(diǎn)，邊界曲線點(diǎn)到屏幕中心點(diǎn)的長(zhǎng)度通過(guò)以下方法得到設(shè)一基準(zhǔn)點(diǎn)，其與屏幕中心點(diǎn)的線段平行于Y軸，且方向指向Y軸正方向，從線段開(kāi)始，將水珠邊界曲線等分為N份，通過(guò)UiVj像素段和基準(zhǔn)點(diǎn)到屏幕中心點(diǎn)的線段，利用夾角公式
權(quán)利要求
1.一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于包括以下步驟 用著色語(yǔ)言渲染到場(chǎng)景紋理Texture—Scene，將Texture—Scene傳入屏幕水珠渲染PASS—WaterDropRender ； 向 Pass—WaterDropRender 導(dǎo)入一張隨機(jī)數(shù)噪聲紋理 Texture—RandomNoise 和一張Simplex 噪聲紋理 Texture_SimpIexNoise ； 通過(guò)對(duì)隨機(jī)噪聲紋理Texture—RandomNoise的噪音值釆樣計(jì)算，獲取水珠可以在屏幕上出現(xiàn)的多個(gè)隨機(jī)位置； 每個(gè)隨機(jī)位置的坐標(biāo)作為水珠的屏幕中心點(diǎn)(0)，生成水珠在屏幕上的隨機(jī)邊界曲線. 簡(jiǎn)化水珠曲面； 計(jì)算光線折射的偏移量，對(duì)水珠曲面進(jìn)行光纖折射，通過(guò)與屏幕坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的背景紋理顏色值渲染出水珠內(nèi)的顏色值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于所述生成水珠在屏幕上的隨機(jī)邊界曲線，是利用Simplex噪聲紋理的Texture_SimplexNoise來(lái)生成，在屏幕空間中設(shè)定遍歷到一個(gè)UiVj像素點(diǎn)(B)，屏幕中心點(diǎn)(O)與UiVj像素點(diǎn)(B)的線段為UiVj像素段(0B)，則UiVj像素段(OB)經(jīng)過(guò)邊界曲線的點(diǎn)為邊界曲線點(diǎn)(P)，邊界曲線點(diǎn)(P)到屏幕中心點(diǎn)(O)的長(zhǎng)度(OP)通過(guò)以下方法得到設(shè)一基準(zhǔn)點(diǎn)(A)，其與屏幕中心點(diǎn)(O)的線段(OA)平行于Y軸，且方向指向Y軸正方向，從線段(OA)開(kāi)始，將水珠邊界曲線等分為N份，通過(guò)UiVj像素段(OB)和基準(zhǔn)點(diǎn)(A)到屏幕中心點(diǎn)(O)的線段(0A)，利用夾角公式
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于所述簡(jiǎn)化水珠曲面是在得到邊界曲線的情況下，自定義水珠中心高度點(diǎn)(0_h)，隨機(jī)邊界曲線上去邊界曲線點(diǎn)(P)，延長(zhǎng)中心高度點(diǎn)(0_h)到屏幕中心點(diǎn)(O)得到虛擬中心高度線段(0_h，0_Cirlce)，延長(zhǎng)曲面點(diǎn)(P)得到的擬邊界線段(P，0_Circle)，所述虛擬中心高度線段(0_h，0_Cirlce)與虛擬邊界線段(P, 0_Circle)等長(zhǎng)時(shí)交匯得到虛擬圓心(0_Circle),以虛擬圓心(0_Circle)為圓點(diǎn)作出經(jīng)過(guò)水珠中心高度點(diǎn)(0_h)和邊界曲線點(diǎn)(P)形成的弧線即為簡(jiǎn)化曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于所述計(jì)算光線折射的偏移量，對(duì)水珠曲面進(jìn)行光纖折射，通過(guò)與屏幕坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的背景紋理顏色值渲染出水珠內(nèi)的顏色值，其方法如下 取位于水珠內(nèi)的屏幕點(diǎn)(C)，與屏幕點(diǎn)(C)相對(duì)應(yīng)的水珠點(diǎn)(H)，通過(guò)光線從空氣射入水珠的入射角(i)和折射角(r)，以及空氣的折射率(nl)和水的折射率(n2)，利用公式 sin(/') _ n2 sin(廠) nx 計(jì)算出從水珠點(diǎn)(H)折射到屏幕點(diǎn)(C)的光線射入角度，在結(jié)合水珠點(diǎn)(H)與背景紋理之間的距離得出背景紋理上的紋理點(diǎn)(G)的顏色值為屏幕點(diǎn)(C)的顏色值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于所述紋理點(diǎn)(G)的顏色值通過(guò)以下方法得到已知屏幕點(diǎn)(C)到屏幕中心點(diǎn)(O)之間的距離(0C)、與屏幕點(diǎn)(C)相對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的紋理基準(zhǔn)點(diǎn)(D)、屏幕到背景紋理之間的距離(⑶)和自定義的水珠中心高度(h)，則通過(guò)h2 + op2R =得出水珠半徑(R)， Ih 紋理點(diǎn)(G)到紋理基準(zhǔn)點(diǎn)(D)的偏移距離(⑶)的長(zhǎng)度計(jì)算如下GD = HD*tan(a)； HD = CD-HC ； HC = HL-CL ； CL = R-h ；HL 二 4 R2-OC2； 因此，偏移距離(GD)為GD = (CI)-^Jr2 -OC2 -(i -/ )))^tan(O) 通過(guò)偏移距離(GD)得出紋理點(diǎn)(G)的顏色值作為屏幕點(diǎn)(C)的顏色值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，其特征在于所述水珠曲面進(jìn)行光纖折射渲染后進(jìn)行最大數(shù)量控制和水珠的產(chǎn)生與消退處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種計(jì)算機(jī)視覺(jué)特效，具體涉及一種屏幕空間鏡頭水珠實(shí)時(shí)渲染方法，導(dǎo)入場(chǎng)景紋理、隨機(jī)數(shù)噪聲紋理Texture_RandomNoise和噪聲紋理Texture_SimplexNoise，獲取水珠可以在屏幕上出現(xiàn)的多個(gè)隨機(jī)位置，再計(jì)算光線折射的偏移量，對(duì)水珠曲面進(jìn)行光纖折射渲染出水珠。簡(jiǎn)化了水珠曲面生成算法，利用Simplex噪聲實(shí)時(shí)生成隨機(jī)水珠邊緣曲線，能夠在屏幕空間實(shí)時(shí)渲染出視覺(jué)效果好的屏幕水珠特效，而不需要高度的水珠紋理，因此渲染效果不受高度紋理分辨率的限制，即便是在普通配置的計(jì)算機(jī)上也能渲染出高質(zhì)量的屏幕水珠。
文檔編號(hào)G06T15/06GK102930588SQ20121035042
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者葉萬(wàn)方, 邵鑫, 陳楷民, 張賜, 唐傳奇 申請(qǐng)人:四川川大智勝軟件股份有限公司, 四川大學(xué)