CN114549730A - 多光源场景渲染的光源采样权重确定方法及相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种多光源场景渲染的光源采样权重确定方法及相关设备，该方法包括：以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取该多光源场景中设置的多个光源；在目标渲染视角下，对待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；根据该各个第一渲染图像中的辐照信息，确定各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重，该光源采样权重用于对待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。实施本申请实施例，可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

Description

多光源场景渲染的光源采样权重确定方法及相关设备

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，尤其是一种多光源场景渲染的光源采样权重确定方法及相关设备。

背景技术

渲染是用软件将模型生成图像的过程，可以广泛应用于游戏、影视、动画等领域。渲染可以包括光线追踪渲染，光线追踪渲染是一种三维计算机图形学中的特殊渲染算法，跟踪从虚拟渲染相机发出的渲染光线，计算渲染光线在渲染场景中传播的过程，最终将渲染场景的数学模型呈现为图像。为了实现逼真的渲染效果，一般在渲染场景中设置多个光源，每个光源均对应设置有自身的光源采样权重，光源采样权重决定是否选择该光源作为有效光源参与光线追踪渲染的运算中。

现有技术中，对多个光源的光源采样权重采用随机确定法，即各个光源的光源渲染权重是一样的。各个光源的光源渲染权重一样使得多光源场景渲染的收敛速度慢。

发明内容

本申请提供了一种多光源场景渲染的光源采样权重确定方法及相关，可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

第一方面，本申请实施例公开了一种多光源场景渲染的光源采样权重确定方法。该方法包括：

以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取该多光源场景中设置的多个光源；

在目标渲染视角下，对上述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到该待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；

根据该各个第一渲染图像中的辐照信息，确定上述各个光源在上述目标渲染视角下对应的光源采样权重，该光源采样权重用于对上述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。

本申请实施例根据各个光源对待渲染场景进行单光源光线追踪渲染后得到的各个第一渲染图像的辐照信息，确定对应各个光源的光源采样权重，该光源采样权重可以使得多光源光线追踪渲染过程中选择到光源采样权重较大对应的光源的概率变大。实施本申请实施例，可以在多光源光线追踪渲染过程中选择到更合适的光源，从而加快多光源场景渲染的收敛速度。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，上述方法还包括：在上述目标渲染视角下，基于上述各个光源在上述目标渲染视角下对应的光源采样权重，对上述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染，得到该待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像。实施本申请实施例，基于各个光源的光源采样权重，在光线追踪渲染过程中选择到光源采样权重较大对应的光源的概率变大，可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，上述各个第一渲染图像的分辨率均小于上述第二渲染图像的分辨率。实施本申请实施例，在单光源光线追踪渲染过程中设置第一渲染图像为较小分辨率图像，计算各个光源的光源采样权重，可以减少运算量，提高渲染速度。

结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，上述光线追踪渲染包括双向路径追踪渲染。实施本申请，可以快速产生多条光线，进一步加快收敛速度。

结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，上述各个第一渲染图像中的辐照信息为基于上述各个第一渲染图像对应的亮度信息而确定的，其中该各个第一渲染图像的亮度信息为基于该各个第一渲染图像中的色彩信息转换得到。

结合第一方面上述任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，上述多个光源包括第一光源；上述待渲染场景包括第一交点和至少一个第二交点，该第一交点为第一渲染光线与上述待渲染场景中的第一物体相交于该第一物体的表面上的交点，该第二交点为该第一交点的反射光线与上述待渲染场景中的第二物体相交于该第二物体表面上的交点和/或上述各个光源发出的光线分别与上述待渲染场景中的各个第三物体相交于该各个第三物体表面上的交点；该第一渲染光线为虚拟渲染相机向上述待渲染场景发出的，该虚拟渲染相机用于确定上述目标渲染视角；

上述在目标渲染视角下，对上述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到该待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像具体实现为：

在上述目标渲染视角下，基于上述第一交点对上述第一光源进行光照采样，得到该第一交点在该第一光源单独光照下由上述第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的第一辐射度；

在上述目标渲染视角下，基于各个第二交点对上述第一光源进行光照采样，得到上述各个第二交点在该第一光源单独光照下由上述第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的各个第二辐射度；

根据上述第一辐射度与上述各个第二辐射度之和，获取上述第一交点在上述第一光源单独光照下由上述第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的第一辐照度；

基于上述第一辐照度以及上述第一交点所在物体的物体属性，确定该第一交点在上述第一光源单独光照下的渲染显示信息；

基于上述待渲染场景中的所有第一交点在上述第一光源光照下的渲染显示信息，获取待渲染场景在该第一光源单独光照下对应的第一渲染图像。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，上述待渲染场景包括目标交点，该目标交点为目标渲染光线与上述待渲染场景中的任一物体相交于该任一物体的表面上的交点；该目标渲染光线为虚拟渲染相机向上述待渲染场景发出的，该虚拟渲染相机用于确定上述目标渲染视角；

上述在上述目标渲染视角下，基于上述各个光源在上述目标渲染视角下对应的光源采样权重，对上述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染，得到该待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像具体实现为：

在上述目标渲染视角下，基于上述目标交点对上述各个光源进行多次光照采样，其中每次光照采样对应从上述多个光源中选择各个目标光源，该各个目标光源用于对上述目标交点执行多光源的光线追踪渲染，以获取该目标交点在每次光照采样下由上述目标渲染光线投影在上述第二渲染图像上的第二辐照度；其中，选择上述各个目标光源的概率正比于上述各个光源在上述目标渲染视角下的光源采样权重；

根据上述目标交点在上述多次光照采样下的各个第二辐照度以及上述目标交点所在物体的物体属性，确定该目标交点在多光源光照下的渲染显示信息；

根据上述待渲染场景中的所有目标交点在多光源光照下的渲染显示信息，获取上述第二渲染图像。

结合第一方面第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，上述各个目标光源在上述目标渲染视角下的光源采样权重大于预设阈值。本申请实施例通过设置光源采样权重阈值，可以减少光源的采样数量，从而减少运算量。

第二方面，本申请实施例提供了一种多光源场景渲染的光源采样权重的确定装置，该装置包括：

获取模块，用于以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取上述多光源场景中设置的多个光源；

预处理模块，用于在上述目标渲染视角下，对上述获取模块获取到的上述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到上述待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；

确定模块，用于根据上述预处理模块得到的上述各个第一渲染图像中的辐照信息，确定上述各个光源在上述目标渲染视角下对应的光源采样权重，上述光源采样权重用于对上述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器和存储器，该处理器和该存储器通过总线系统相连；

该存储器用于存储指令；

该处理器用于调用上述存储器中存储的指令，执行第一方面或执行结合第一方面任意一种可能实现方式中的方法步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器运行时执行上述第一方面或执行结合第一方面任意一种可能实现方式中的方法步骤。

第五方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器运行时执行第一方面或执行结合第一方面任意一种可能实现方式中的方法步骤。

应理解的是，本申请上述多个方面的实现和有益效果可互相参考。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电子设备的一结构框图；

图2为本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法的一流程示意图；

图3为双向路径追踪渲染的一光线示意图；

图4-图5为本申请实施例提供的人机交互示意图；

图6-图8为本申请实施例提供的渲染结果图的示意图；

图9-图14为本申请实施例提供的渲染结果图的渲染细节示意图；

图15为本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定装置的一结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来对本申请的技术方案的实施作进一步的详细描述。

本申请实施例中提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法可以由电子设备来执行。该电子设备可以是移动终端(例如智能手机、笔记本、平板电脑等)、车载设备、物联网设备或者其他能够对场景进行渲染的设备。该电子设备可以是运行安卓系统、IOS系统、windows系统以及其他系统的设备。

示例性的，该电子设备的具体结构可以如图1所示，下面结合图1对电子设备的具体结构进行详细的介绍。

在一些可行的实施方式中，电子设备10可以包括处理器101和存储器102。处理器101中可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)和图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)。进一步的，电子设备10还可以包括显示器103。其中电子设备10中的CPU、GPU、存储器102、显示器103等可以通过总线系统(图中未示出)建立通信连接。

可选的，CPU和GPU可以位于同一个芯片，也可以分别为独立的芯片。

下面对处理器101和存储器102的作用进行简单介绍。

处理器101用于运行操作系统1012和应用程序1011。应用程序1011可以为图形类应用程序，比如游戏、视频播放器、3D建模等等。操作系统1012提供了系统接口，应用程序1011通过该系统接口，以及操作系统1012提供的系统驱动，比如用户态驱动和/或内核态驱动，生成用于渲染场景的指令流。进一步的，处理器101还可以生成用于渲染场景的渲染数据。处理器101通过渲染管线(pipeline)生成渲染目标，并将该渲染目标进行缓存，显示在显示器103上。换句话说，处理器可以用于执行本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重的确定方法。

示例性的，处理器101可以包括但不限于应用处理器、一个或多个微处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、微控制器(microcontroller unit，MCU)或人工智能处理器等。

在一些可行的实施方式中，操作系统1012和应用程序1011由CPU运行，渲染管线在GPU中运行，GPU获取CPU生成的指令流，并通过渲染管线生成渲染目标，将该渲染目标进行缓存，显示在显示器103上。

显示器103用于显示由电子设备10生成的各种渲染图像，该渲染图像可以为操作系统的图形用户界面(graphical user interface，GUI)或由处理器101处理的图像数据。可选地，显示器103可以包括任何合适类型的显示屏。例如液晶显示器(liquidcrystaldisplay，LCD)或等离子显示器或有机发光二极管(organic light-emittingdiode，OLED)显示器等。

存储器102用于存储指令和渲染数据。存储器102可以为双倍速率同步动态随机存储器(double data rate synchronous dynamic random accessmemory，DDR SDRAM)或者其它类型的缓存。

需要说明的是，渲染管线是处理器在渲染场景的过程中顺序执行的一系列操作，例如本申请实施例提供的光线追踪渲染。渲染管线可以运行在CPU和/或GPU中，换句话说，本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法可以在CPU和/或GPU中实现。

参见图2，图2为本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法的一流程示意图。如图2所示，本申请实施例的具体执行步骤如下：

S201、处理器以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取该多光源场景中设置的多个光源。

该目标渲染视角是由虚拟渲染相机在多光源场景中的位置确定的。具体实现中，处理器可以根据虚拟渲染相机的位置以及该虚拟渲染相机的性能参数(例如焦距等)，获取上述目标渲染视角。该目标渲染视角决定了待渲染场景，不同的目标渲染视角对应的待渲染场景是不同的。需要说明的是，该虚拟渲染相机可以理解为渲染图像最终呈现图像的设备，例如显示器等。该虚拟渲染相机可以实现包括但不限于确定上述目标渲染视角的功能，还可以确定渲染焦距从而确定待渲染场景的视野等。

在一些可行的实施方式中，多光源场景可以具体表现为渲染引擎中的3D模型。

多光源场景中设置有多个光源，获取多个光源可以理解为获取光源的光源属性，例如光源位置、发光强度、发光颜色、光源形状等。示例性的，以(x，y，z)三维坐标标识光源位置，可以将获取到的多个光源的光源属性生成光源列表，如表格1所示。

表格1

S202、在目标渲染视角下，处理器对待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像。

单光源的光线追踪渲染代表多光源场景中只有一个光源处于开启状态，换句话说，只有一个光源的光源属性参与光线追踪渲染的运算。

需要说明的是，光线追踪渲染包括路径追踪渲染，其中路径追踪渲染包括单向路径追踪渲染和双向路径追踪渲染。在本申请实施例中，单向路径追踪渲染和双向路径追踪渲染均可以得到待渲染图像在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像。双向路径追踪渲染是从虚拟渲染相机与各个光源分别发出渲染光线，可以快速产生多条光线，进一步加快收敛速度。本申请实施例中的收敛速度包括渲染速度和渲染效果，例如收敛速度快可以理解为在相同的时间内场景渲染得更加逼真，或者达到相同的渲染效果所用的时间更少。

为了更好地理解光线追踪渲染，下面以光线追踪渲染具体实现为双向路径追踪渲染为例，结合图3对双向路径追踪渲染的过程进行说明。

参见图3，图3为双向路径追踪渲染的一光线示意图。如图3所示，多个光源包括光源1、光源2、光源3等。待渲染场景包括第一交点i和至少一个第二交点(例如第二交点j、第二交点k)，第一交点i为第一渲染光线A1与待渲染场景中的第一物体1相交于第一物体1的表面上的交点。第二交点j为第一交点i的反射光线(例如光线④)与待渲染场景中的第二物体2相交于第二物体2表面上的交点。可以理解的是，在双向路径追踪渲染中，第二交点j也可以为光源1发出的光线(即光线②)与待渲染场景中的第二物体2相交于第二物体2表面上的交点，此时第二物体2可以看作是第三物体，即第二物体与第三物体可以是同一个物体。第二交点k为光源1发出的光线(例如光线③)与待渲染场景中的第三物体3相交于第三物体3表面上的交点。

第一渲染光线A1是由虚拟渲染相机向待渲染场景发出的，可以理解的是，虚拟渲染相机可以向待渲染场景发出多条渲染光线，图3中以发出第一渲染光线A1作出示例，并不应理解为对本申请构成限制。

以预先设置第一渲染图像的分辨率是1*1、像素x的采样数(Samples Per Pixel，SPP)是1、第一光源(即光源1)处于开启状态为例。

在目标渲染视角下，处理器基于第一交点i对光源1进行光照采样，得到第一交点i在光源1的单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第一辐射度。

具体实现中，基于第一交点i的位置信息与光源1的光源位置，确定光线①是否可见，例如，可以基于光源1的光源位置与第一交点i的位置信息进行求交运算，若两者之间的连线没有与待渲染场景中的其他物体，例如第二物体2、第三物体3等相交，即代表光线①是可见的。光源1可以经过光线①直接对第一交点i进行光照，此时第一交点i在光源1单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第一辐射度L₁可以表示为：

L₁＝bsdf₁.cosα₁.L_i1(x,w_i1) 公式1

其中bsdf₁是双向散射分布函数，由第一物体1的材质决定；α₁是光线①与第一交点i的法线之间的夹角，L_i1代表光线①的入射辐射度。

进一步的，第一交点i可以对光源1的照射进行反射，若第一交点i经过光线④反射至第二物体2，在第二物体2的表面处交于第二交点j。基于第二交点j对光源1进行光照采样，即将该第二交点j的位置信息与光源1的光源位置进行求交运算，若两者之间的连线没有与待渲染场景中的其他物体相交，即代表光线②是可见的。光源1可以经过光线②和光线④对第一交点i进行光照，第二交点j在光源1单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第二辐射度L₂可以表示为：

bsdf₂是双向散射分布函数，由第二物体2的材质决定；α₂是光线②与第二交点j的法线之间的夹角，β₁是光线④与第一交点i的法线之间的夹角，L_i2代表光线②的入射辐射度，

是第一概率密度函数，与β₁有关。

在一些可行的实施方式中，基于双向路径追踪，可以从光源1向第三物体3发出光线③，在第三物体3的表面处交于第二交点k。基于第二交点k对虚拟渲染相机进行光照采样，需要说明的是，由于光路是可逆的，光照采样可以理解为从虚拟渲染相机发出的渲染光线采样光源，或者从光源发出的光线采样虚拟渲染相机。第二交点k经由第一渲染光线A1对虚拟渲染相机采样，即将该第二交点k的位置信息与第一交点i的位置信息进行求交运算，若两者之间的连线没有与待渲染场景中的其他物体相交，即代表光线⑤是可见的，此时光源1可以经过光线③和光线⑤对第一交点i进行光照，第二交点k在光源1单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第二辐射度L₃可以表示为：

bsdf₃是双向散射分布函数，由第三物体3的材质决定；α₃是光线③与第二交点k的法线之间的夹角，β₂是光线⑤与第一交点i的法线之间的夹角，L_i3代表光线③的入射辐射度，

是第二概率密度函数，与β₂有关。

进一步的，将第二交点k的位置信息与第二交点j的位置信息进行求交运算，若两者之间的连线没有与待渲染场景中的其他物体相交，即代表光线⑥是可见的，此时光源1可以经过光线③、光线⑥和光线④对第一交点i进行光照，第二交点k和第二交点j在光源1单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第二辐射度L₄可以表示为：

β₃是光线⑥与第二交点j的法线之间的夹角；

是第三概率密度函数，与β₃有关。

根据第一辐射度L₁和各个第二辐射度例如L₂、L₃、L₄，获取第一交点i在光源1单独光照下由第一渲染光线A1投影在第一渲染图像上的第一辐照度L为(不考虑物体发光)：

L＝L₁+L₂+L₃+L₄ 公式5

基于第一辐照度L以及第一交点i所在物体(即第一物体1)的物体属性(例如颜色、材质、角度等)，确定第一交点i在光源1单独光照下的渲染显示信息。具体实现中，渲染显示信息包括色彩信息(即RGB表示)，将第一辐照度L乘以第一物体1的RGB表示，从而得到第一交点i在光源1单独光照下的RGB表示。

由于预先设置的第一渲染图像的分辨率是1*1，采样数是1SPP，所以第一交点i在光源1单独光照下的RGB表示即为第一渲染图像的RGB表示，由第一渲染图像的RGB表示即可以得到第一渲染图像。

需要说明的是，若预先设置第一渲染图像的采样数大于1SPP。换句话说，为了得到像素x的色彩信息，虚拟渲染相机向待渲染图像发出多条渲染光线，渲染光线的数量等于采样数。比如预先设置第一渲染图像的采样数是10SPP，则虚拟相机向待渲染图像发出10条渲染光线，与待渲染场景中的物体产生10个第一交点，每个第一交点辐照度的计算与第一交点i的辐照度计算类似，将待渲染场景中的所有第一交点的辐照度分别与各自所在物体的物体属性相乘，分别得到待渲染场景中的所有第一交点在光源1光照下的渲染显示信息。同理的，渲染显示信息包括色彩信息(即RGB表示)，将多个第一交点在光源1单独光照下的各个RGB表示进行相加后取平均值，作为像素x的RGB表示。

在一些可行的实施方式中，若预先设置的第一渲染图像的分辨率是1*1，则像素x的RGB表示即为第一渲染图像的RGB表示，由第一渲染图像的RGB表示即可以得到第一渲染图像。

可选的，在一些可行的实施方式中，若预先设置的第一渲染图像的分辨率大于1*1，即第一渲染图像中包括多个像素x，则可以将多个像素x的RGB表示进行相加，作为第一渲染图像的RGB表示。可选的，也可以将多个像素x的RGB表示相加后取平均值，作为第一渲染图像的RGB表示。由第一渲染图像的RGB表示即可以得到第一渲染图像。

可以理解的是，上文以只开启光源1为例对单光源的光线追踪渲染过程进行示例性说明，本申请实施例可以依次开启待渲染场景中的各个光源，每次只开启一个光源，例如只开启光源2，多光源场景中除光源2之外的其他光源均关闭。光源2的单光源光线追踪渲染的具体实现方式可以参考只开启光源1的实现方式，由此可以得到待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像。此时，处理器可以获取第一渲染图像的图像信息，例如色彩信息(即RGB表示)、亮度信息(即YUV表示)等。

S203、处理器根据各个第一渲染图像中的辐照信息，确定各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重。

在一些可行的实施方式中，各个第一渲染图像中的辐照信息为基于各个第一渲染图像对应的亮度信息而确定的，其中各个第一渲染图像的亮度信息为基于各个第一渲染图像中的色彩信息得到的。示例性的，处理器可以获取各个第一渲染图像的RGB表示，将各个第一渲染图像的RGB表示转换为YUV表示，并将各个第一渲染图像的亮度信息(即Y值)作为各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重。其中各个第一渲染图像的亮度信息分别与各个光源一一对应，将各个第一渲染图像的亮度信息作为对应光源的光源采样权重，进一步的，可以对各个光源的光源采样权重进行归一化处理，即将各个光源的光源采样权重转换到0至1的范围内。示例性的，可以将各个光源的光源采样权重与表格1中的光源属性关联，得到新的光源列表如表格2所示。

表格2

本申请实施例根据各个光源对待渲染场景进行单光源光线追踪渲染后得到的各个第一渲染图像的辐照信息，确定对应各个光源的光源采样权重，该光源采样权重可以使得多光源光线追踪渲染过程中选择到光源采样权重较大对应的光源的概率变大。实施本申请实施例，可以在多光源光线追踪渲染过程中选择到更合适的光源，从而加快多光源场景渲染的收敛速度。

进一步的，基于步骤S203得到各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重，处理器可以在目标渲染视角下对待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染，得到待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像。

具体实现中，多光源场景中的多个光源处于开启状态。虚拟渲染相机向待渲染场景发出目标渲染光线，该目标渲染光线与待渲染场景中的任一物体相交于该任一物体的表面上的交点，即为目标交点。在目标渲染视角下，基于该目标交点对各个光源进行多次光照采样，获取目标交点在每次光照采样下的辐照度。可以理解的是，与基于第一交点对第一光源进行单光源光照采样不同，此时不止一个光源处于开启状态，基于该目标交点对各个光源进行多次光照采样，每次光照采样对应从多个光源中选择各个目标光源，每次光照采样选择到的各个目标光源不一定是同一个组合，例如按照表格2中光源与光源采样权重之间的关系，可以是选择到光源1和光源2或者选择到光源2和光源3或者选择到光源1、光源2和光源3等，由于光源2的光源采样权重是最大的，所以选择光源2的概率要大于选择光源1和光源3的概率。换句话说，选择各个目标光源的概率正比于各个光源在目标渲染视角下的光源采样权重。处理器获取目标交点在每次光照采样下由目标渲染光线投影在第二渲染图像上的第二辐照度可以参考第一辐照度的获取方式。

可选的，本申请实施例中执行多光源的光线追踪渲染可以是单向路径追踪渲染，也可以是双向路径追踪渲染。

根据目标交点在多次光照采样下的各个第二辐照度以及该目标交点所在物体的物体属性，确定目标交点在多光源光照下的渲染显示信息，其中渲染显示信息可以包括色彩信息(即RGB表示)。示例性的，将目标交点在每次光照采样下的辐照度进行相加取平均值，作为该目标交点在多光源光照下的辐照度。将该目标交点在多光源光照下的辐照度乘以该目标交点所在所在物体的RGB表示，从而得到该目标交点在多光源光照下的RGB表示。

将待渲染场景中的所有目标交点在多光源光照下的渲染显示信息(例如RGB表示)进行相加取平均值，得到第二渲染图像的RGB表示，由该第二渲染图像的RGB表示即可以获取第二渲染图像。

本申请实施例，基于各个光源的光源采样权重，在光线追踪渲染过程中选择到光源采样权重较大对应的光源的概率变大，可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

进一步的，各个目标光源在目标渲染视角下的光源采样权重大于预设阈值。换句话说，处理器通过设置预设阈值对各个光源进行剔除，示例性的，预设阈值为0.3，则光源采样权重不大于0.3的光源(例如表格3中的光源1)不在光线追踪渲染的光源选择范围内，即光源1不参与光线追踪渲染的运算。本申请实施例通过设置光源采样权重阈值，可以减少光源的采样数量，从而减少处理器的运算量。

在一些可行的实施方式中，上述各个第一渲染图像的分辨率均小于第二渲染图像的分辨率。本申请实施例在正式渲染之前通过设置第一渲染图像为较小分辨率图像，计算各个光源的光源采样权重，可以减少处理器的运算量，提高渲染速度。

下面结合图4至图14介绍本申请的一些人机交互实施例。

在本申请的一些实施例中，电子设备可以设置有渲染预处理模式，用户可以根据需要开启该渲染预处理模式。开启该渲染预处理模式即为实施本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重方法。电子设备开启该渲染预处理模式之后，可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

示例性的，图4示出了一种可能的用户开启渲染预处理模式的人机交互图。如图4所示，电子设备的屏幕可以显示三维动画制作软件(例如Blender软件)的渲染界面，该渲染界面包括多光源场景40和设置界面41，以多光源场景40是一栋居民楼为例，在居民楼的各个楼层中都设有光源。可以理解的是，居民楼的墙体、地板、光源等是在3D建模的过程中设置好的，本申请实施例基于Blender软件对3D建模得到的模型(即多光源场景40)进行渲染。电子设备可以响应于用户对设置界面41中的虚拟渲染相机的点击操作、拖动操作等，获取虚拟渲染相机的放置位置。基于虚拟渲染相机的放置位置以及该虚拟渲染相机的性能参数(例如焦距等)，确定目标渲染视角。处理器以该目标渲染视角在多光源场景40中获取待渲染场景，例如虚拟渲染相机的放置位置为居民楼中的一个房间，电子设备的屏幕可以显示如图5所示的待渲染场景50。在一些可行的实施方式中，设置界面41还可以包括其他信息，比如多光源场景中各个物体的形状信息、属性、渲染时间等。

电子设备还可以响应于用户在设置界面41中输入的分辨率设置，此处设置的分辨率是待渲染场景在多光源光照下经过光线追踪渲染之后得到的第二图像的分辨率。

设置界面41还包括渲染预处理模式是否开启的选项，示例性的，电子设备还可以响应于用户勾选光源采样权重预处理的选择，即开启渲染预处理模式。

当渲染预处理模式开启之后，电子设备将首先对待渲染场景50执行单光源的光线追踪渲染，示例性的，电子设备依次开启单个光源，分别对待渲染场景50执行双向路径追踪渲染，得到待渲染场景50在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像，基于各个第一渲染图像中的辐照信息(例如各个第一渲染图像的Y值)，确定各个光源的光源采样权重。电子设备得到各个光源的光源采样权重之后，开启多光源场景40中的所有光源，对待渲染场景50执行多光源的光线追踪渲染，例如可以是双向路径追踪渲染，得到待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像。示例性的，电子设备可以响应用户设置的渲染时间，例如渲染时间为60s。或者电子设备基于默认的渲染时间，对待渲染场景50执行多光源的光线追踪渲染，得到如图6所示的渲染结果图(即第二渲染图像)。

为了说明本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法可以加快多光源场景渲染的收敛速度，本申请的发明人做了对比试验，关闭渲染预处理模式(即不勾选光源采样权重的选项)。在与渲染预处理模式开启时的渲染时间相同的情况下，例如渲染时间也为60s。开启多光源场景40中的所有光源，电子设备基于默认的光源采样权重对待渲染场景50执行多光源的光线追踪渲染，得到如图7所示的渲染结果图。进一步的，可以在关闭渲染预处理模式，但在足够长的渲染时间，例如渲染时间为2h，电子设备基于默认的光源采样权重，开启多光源场景40中的所有光源，对待渲染场景50执行多光源的光线追踪渲染，得到如图8所示的渲染结果图。此时可以认为图8示出的渲染结果图是接近于真实图像的效果，即可以将图8作为待渲染场景的参考渲染结果图。

由图6和图7示出的渲染结果图对比可知，实施本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法，在相同的渲染时间内，本申请实施例得到的第二渲染图像更加逼真，噪点也较少。并且由图6和图8示出的渲染结果对比图可知，实施本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定方法，可以在较短的时间内达到与参考渲染结果图相同的渲染效果。即实施本申请实施例可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

进一步的，为了更清楚直观地呈现实施本申请达到的渲染效果，本申请还提供了渲染结果图的渲染细节示意图。参见图9至图14。

需要首先说明的是，图9和图12是图6中示出的渲染结果图的渲染细节示意图；图10和图13是图7示出的渲染结果图的渲染细节示意图；图11和图14是图8示出的渲染结果图的渲染细节示意图。图9、图10和图11构成一组对比组合，图12、图13和图14构成另一组对比组合，可以理解的是，一组对比组合说明该组合内所有示出的渲染结果图是针对同一细节(即同一物体)渲染得到的。根据图9与图10、图12与图13示出的渲染结果图对比，可以更加明显地看出在相同的渲染时间内，实施本申请实施例得到的第二渲染图像更加逼真。

根据图9与图11、图12与图14，也可以更加明显地看出实施本申请得到的渲染结果与参考渲染结果图的差别不大，可以近似于认为实施本申请实施例可以在较短的时间内达到与参考渲染结果图相同的渲染效果。即实施本申请实施例可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

示例性的，除了采用上述渲染结果图的逼真度衡量多光源场景渲染的收敛速度之外，还可以采用量化数据来对多光源场景渲染的收敛速度进行衡量。该量化数据可以包括但不限于峰值信噪比(peak signal-to-noise ratio，PSNR)、结构相似性(structuralsimilarity，SSIM)、均方根误差(root-mean-square error，RMSE)等。在其他渲染条件相同的情况下(例如渲染时间相同，渲染视角相同等)，实施本申请实施例(即开启渲染预处理模式)与不开启渲染预处理模式的量化数据对比可以如表格3所示。

表格3

需要说明的是，PSNR的数值越大表示渲染图像与参考渲染结果图越接近；SSIM的数值越大也可以表示渲染图像与参考渲染结果图越接近；RMSE的数值越小表示渲染图像与参考渲染结果图误差越小。此处参考渲染图像分别为图8、图11和图14，由表格3中的量化数据可以得到，开启渲染预处理模式得到的渲染图形比不开启渲染预处理模式得到的渲染图像更接近参考渲染图像。即实施本申请实施例可以加快多光源场景渲染的收敛速度。

参见图15，图15为本申请实施例提供的多光源场景渲染的光源采样权重确定装置的一结构示意图。如图15所示，多光源场景渲染的光源采样权重确定装置150包括：

获取模块1500，用于以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取该多光源场景中设置的多个光源；

预处理模块1501，用于在目标渲染视角下，对获取模块1500获取到的待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到该待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；

确定模块1502，用于根据预处理模块1501中得到的各个第一渲染图像中的辐照信息，确定各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重，该光源采样权重用于对待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。

进一步的，多光源场景渲染的光源采样权重确定装置150还包括处理模块1503；

处理模块1503，用于在目标渲染视角下，基于确定模块1502确定的各个光源在目标渲染视角下对应的光源采样权重，对待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染；

获取模块1500，还用于获取待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像。

在一些可行的实施方式中，确定模块1502，还用于基于各个第一渲染图像对应的亮度信息确定各个第一渲染图像中的辐照信息，其中各个第一渲染图像的亮度信息为基于各个第一渲染图像中的色彩信息转换得到。

在一些可行的实施方式中，上述多个光源包括第一光源；上述待渲染场景包括第一交点和至少一个第二交点，该第一交点为第一渲染光线与待渲染场景中的第一物体相交于该第一物体的表面上的交点，该第二交点为该第一交点的反射光线与待渲染场景中的第二物体相交于该第二物体表面上的交点和/或上述各个光源发出的光线分别与待渲染场景中的各个第三物体相交于该各个第三物体表面上的交点；该第一渲染光线为虚拟渲染相机向上述待渲染场景发出的，该虚拟渲染相机用于确定上述目标渲染视角；

获取模块1500，还用于在目标渲染视角下，基于第一交点对第一光源进行光照采样，得到第一交点在第一光源单独光照下由第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的第一辐射度；

预处理模块1501，还用于在目标渲染视角下，基于各个第二交点对第一光源进行光照采样，得到各个第二交点在第一光源单独光照下由第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的各个第二辐射度；

获取模块1500，还用于根据第一辐射度与各个第二辐射度之和，获取第一交点在第一光源单独光照下由第一渲染光线投影在上述第一渲染图像上的第一辐照度；

确定模块1502，还用于基于上述第一辐照度以及第一交点所在物体的物体属性，确定第一交点在第一光源单独光照下的渲染显示信息；

获取模块1500，还用于基于待渲染场景中的所有第一交点在第一光源光照下的渲染显示信息，获取待渲染场景在第一光源单独光照下对应的第一渲染图像。

在一些可行的实施方式中，待渲染场景包括目标交点，该目标交点为目标渲染光线与待渲染场景中的任一物体相交于该任一物体的表面上的交点；该目标渲染光线为虚拟渲染相机向上述待渲染场景发出的，该虚拟渲染相机用于确定上述目标渲染视角；

处理模块1503，还用于在目标渲染视角下，基于目标交点对各个光源进行多次光照采样；其中每次光照采样对应从多个光源中选择各个目标光源，各个目标光源用于对目标交点执行多光源的光线追踪渲染，其中，选择各个目标光源的概率正比于各个光源在目标渲染视角下的光源采样权重；

获取模块1500，还用于获取目标交点在每次光照采样下由目标渲染光线投影在上述第二渲染图像上的第二辐照度；

确定模块1502，还用于根据目标交点在多次光照采样下的各个第二辐照度以及目标交点所在物体的物体属性，确定目标交点在多光源光照下的渲染显示信息；

获取模块1500，还用于根据待渲染场景中的所有目标交点在多光源光照下的渲染显示信息，获取上述第二渲染图像。

需要说明的是，上述术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置以及系统，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (12)

1.一种多光源场景渲染的光源采样权重确定方法，其特征在于，所述方法包括：

以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取所述多光源场景中设置的多个光源；

在所述目标渲染视角下，对所述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到所述待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；

根据所述各个第一渲染图像中的辐照信息，确定所述各个光源在所述目标渲染视角下对应的光源采样权重，所述光源采样权重用于对所述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述目标渲染视角下，基于所述各个光源在所述目标渲染视角下对应的光源采样权重，对所述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染，得到所述待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各个第一渲染图像的分辨率均小于所述第二渲染图像的分辨率。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述光线追踪渲染包括双向路径追踪渲染。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各个第一渲染图像中的辐照信息为基于所述各个第一渲染图像对应的亮度信息而确定的，其中所述各个第一渲染图像的亮度信息为基于所述各个第一渲染图像中的色彩信息转换得到。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述多个光源包括第一光源；所述待渲染场景包括第一交点和至少一个第二交点，所述第一交点为第一渲染光线与所述待渲染场景中的第一物体相交于所述第一物体的表面上的交点，所述第二交点为所述第一交点的反射光线与所述待渲染场景中的第二物体相交于所述第二物体表面上的交点和/或所述各个光源发出的光线分别与所述待渲染场景中的各个第三物体相交于所述各个第三物体表面上的交点；所述第一渲染光线为虚拟渲染相机向所述待渲染场景发出的，所述虚拟渲染相机用于确定所述目标渲染视角；

所述在所述目标渲染视角下，对所述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到所述待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像包括：

在所述目标渲染视角下，基于所述第一交点对所述第一光源进行光照采样，得到所述第一交点在所述第一光源单独光照下由所述第一渲染光线投影在所述第一渲染图像上的第一辐射度；

在所述目标渲染视角下，基于各个第二交点对所述第一光源进行光照采样，得到所述各个第二交点在所述第一光源单独光照下由所述第一渲染光线投影在所述第一渲染图像上的各个第二辐射度；

根据所述第一辐射度与所述各个第二辐射度之和，获取所述第一交点在所述第一光源单独光照下由所述第一渲染光线投影在所述第一渲染图像上的第一辐照度；

基于所述第一辐照度以及所述第一交点所在物体的物体属性，确定所述第一交点在所述第一光源单独光照下的渲染显示信息；

基于所述待渲染场景中的所有第一交点在所述第一光源光照下的渲染显示信息，获取所述待渲染场景在所述第一光源单独光照下对应的第一渲染图像。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待渲染场景包括目标交点，所述目标交点为目标渲染光线与所述待渲染场景中的任一物体相交于所述任一物体的表面上的交点；所述目标渲染光线为虚拟渲染相机向所述待渲染场景发出的，所述虚拟渲染相机用于确定所述目标渲染视角；

所述在所述目标渲染视角下，基于所述各个光源在所述目标渲染视角下对应的光源采样权重，对所述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染，得到所述待渲染场景在多光源光照下的第二渲染图像包括：

在所述目标渲染视角下，基于所述目标交点对各个光源进行多次光照采样，其中每次光照采样对应从所述多个光源中选择各个目标光源，所述各个目标光源用于对所述目标交点执行多光源的光线追踪渲染，以获取所述目标交点在每次光照采样下由所述目标渲染光线投影在所述第二渲染图像上的第二辐照度；其中，选择所述各个目标光源的概率正比于所述各个光源在所述目标渲染视角下的光源采样权重；

根据所述目标交点在所述多次光照采样下的各个第二辐照度以及所述目标交点所在物体的物体属性，确定所述目标交点在多光源光照下的渲染显示信息；

根据所述待渲染场景中的所有目标交点在多光源光照下的渲染显示信息，获取所述第二渲染图像。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述各个目标光源在所述目标渲染视角下的光源采样权重大于预设阈值。

9.一种多光源场景渲染的光源采样权重的确定装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于以目标渲染视角在多光源场景中获取待渲染场景，并获取所述多光源场景中设置的多个光源；

预处理模块，用于在所述目标渲染视角下，对所述获取模块获取到的所述待渲染场景执行单光源的光线追踪渲染，得到所述待渲染场景在各个光源单独光照下对应的各个第一渲染图像；

确定模块，用于根据所述预处理模块得到的所述各个第一渲染图像中的辐照信息，确定所述各个光源在所述目标渲染视角下对应的光源采样权重，所述光源采样权重用于对所述待渲染场景执行多光源的光线追踪渲染。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和存储器，所述处理器和所述存储器通过总线系统相连；

所述存储器用于存储指令；

所述处理器用于调用所述存储器中存储的指令，执行上述权利要求1-8中任一项的方法。

11.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器运行时执行上述权利要求1-8中任一项的方法。

12.一种计算机存储介质，其特征在于，包括计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器运行时执行上述权利要求1-8中任一项的方法。

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