專利名稱：空間二維圖像的光影跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間二維圖像的光影跟蹤方法。
技術(shù)背景任何空間都是由不同的面組成的圍合或者半圍合的區(qū)域，空間中每個面所包含的圖層有用于顯示面自身顏色的本色圖層；用于增強(qiáng)面的空間層次和真 實(shí)感的灰度圖層；用于模擬其他面對自身的影響的光影跟蹤圖層；用于模擬光 照導(dǎo)致的物體自身顏色失真的現(xiàn)象的光照圖層，還有，其他物體在該面上的投 影所形成的陰影圖層，以及如果該面具有反射屬性(如材質(zhì)為大理石，金屬， 鏡面等)則需要表達(dá)半透明的反射圖層。在用二維圖像表達(dá)的一點(diǎn)透視及多點(diǎn)透視的空間中，模仿當(dāng)光線在空間面 上反復(fù)彈射后形成的柔和漫反射效果，對于不同的面(如墻面、地面、天花等) 釆用多圖層疊加的方式來模仿其復(fù)雜的光影關(guān)系，將相關(guān)圖層之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)， 以達(dá)到通過修改空間中某一個面的屬性，也能對其他相關(guān)聯(lián)的面產(chǎn)生色彩及光 影的影響。三維圖像在二維空間中表達(dá)，往往由于色彩的變化，很難達(dá)到理想的效果， 尤其是在室內(nèi)設(shè)計的過程中，往往要將設(shè)計的裝修效果預(yù)先在計算機(jī)三維軟件 中渲染出來，該三維渲染方法不但花費(fèi)的時間較長，而且互動性較差?，F(xiàn)有的 二維模擬方法，往往不考慮空間漫反射的影響，與實(shí)際效果差距太大，很難模 擬出現(xiàn)實(shí)的效果。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用二維平面技術(shù)模擬三維圖像與實(shí)際效果差 距較大的不足，提供了 一種空間二維圖像的光影跟蹤方法。一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內(nèi)模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平 面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，包括，(1) 、在第一平面上選擇一個區(qū)域填充該面的實(shí)際顏色，作為本色圖層；(2) 、在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；(3) 、在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；(4) 、在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；(5) 、第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的 處理順序進(jìn)行疊加；(6) 、對所有平面的對應(yīng)圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其中當(dāng)所述的第一平面背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明度隨光 線變化而變化的透明圖層；當(dāng)所述的第一平面不背光時，所述步驟(2)中的灰 度圖層為透明度為20%—40%的漸變透明圖層。其中所述步驟(3)中的其他平面對第一平面的光影跟蹤圖層為顏色漸變的 透明圖層，當(dāng)其他平面與第一平面相交時，透明度隨影響點(diǎn)到平面之間交線距 離的增大而逐漸減小，所述透明度隨著第一平面與被影響面之間夾角角度的增 大而減?。划?dāng)其他平面與第一平面平行時，透明度隨著兩平面之間距離的增加 而減小。其中所述步驟(5)中，還包括第六平面，分別與第二平面、第四平面和第 五平面相交，所述第五平面和第六平面對第一平面的光影跟蹤圖層在原有光影 跟蹤圖層的基礎(chǔ)上從斷開處向外呈扇形狀逐漸消失。其中所述步驟(4)中光照圖層為有色半透明圖層，其顏色由照射到第一平 面上光線的色溫決定。其中所述步驟(6)中對所述圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)時，將所有的灰度圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)；將 受相同光源的光照圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)；將一個平面的本色圖層和蓋面在其他面上的 光影跟蹤圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其中所述方法可用于一點(diǎn)透視或多點(diǎn)透視的空間中。本發(fā)明由于將空間中的每一個平面分成不同的圖層，在平面中把各個圖層 疊加起來，更能顯示逼真的實(shí)際效果。


圖1為空間圖像的二維表示； 圖2為第一平面的灰度圖層；圖3為相交面為90度時光影跟蹤圖層的透明度與影響點(diǎn)到相交線距離的關(guān) 系函數(shù)；圖4為相交面為90度時的光影跟蹤圖層；圖5為相交面平行時光影跟蹤圖層的透明度與兩平行面之間距離的關(guān)系函數(shù)；圖6為斷開時的光影跟蹤圖層的表示；圖7為斷開時的光影跟蹤圖層在空間圖像上的表示；圖8為立體空間中第一平面在二維平面中的表示。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合一個具體實(shí)施例，對本發(fā)明一種空間二維圖像的光影跟蹤方法做詳細(xì)的描述，包:fe:1、 在平面上生成透視空間的線框，如圖1所示，包括第一平面1,與第一平面垂直相交的第二平面2、第三平面3和第四平面4，與第一平面平行的第五 平面5，與第五平面5、第四平面4和第二平面2相交的第六平面6;2、 先選擇空間中的第一平面1的線框范圍，在該區(qū)域新建一個圖層并填充 上顏色，該顏色與實(shí)際空間中墻面的顏色一致，該圖層為本色圖層；3、 新建一個方形區(qū)域圖層并填充有漸變效杲的黑色半透明圖層，透明度為 40%—一20%，并將該圖層根據(jù)第一平面1的線框范圍進(jìn)行扭曲，將該圖層疊加 在第一平面1的本色圖層的上方。如果平面上有窗口的話，假設(shè)第三平面3有個窗口，則越靠近第三平面3 的區(qū)域的灰度圖層越透明，如圖2所示，越靠近光亮的地方透明度越大，為40%, 越遠(yuǎn)離光亮的地方，透明度越小，最小為20%。4、 從第一平面1開始添加光影跟蹤圖層，根據(jù)光影跟蹤的原理，第一平面 l受第二平面2、第三平面3、第四平面4、第五平面5的影響，首先添加第二 平面2在第一平面1上的光影跟蹤圖層，因?yàn)榈诙矫?和第一平面1呈90°，故光影跟蹤的漸變應(yīng)該遵循下面的函數(shù)，如圖3所示，橫坐標(biāo)x表示光影跟蹤 層的透明度，縱坐標(biāo)y表示被影響面上的點(diǎn)與相交線的距離，隨著距離的增加， 明度慢慢減小，直至為零，在相交面上的透明度為20%;同樣隨著第一平面l 和第二平面2之間角度的增大，透明度逐漸減小。根據(jù)該曲線生成一個漸變的 透明圖層，填充的顏色為第二平面2上本色圖層的填充顏色，然后將該圖層根 據(jù)透視進(jìn)行扭曲，如圖4所示。5、 同樣的方法將第三平面3、第四平面4對第一平面1的光影跟蹤圖層做 出來，第五平面5對第一平面1的光影跟蹤層的透明度是均勻的，其透明度遵 循下面的函數(shù)，如圖5所示，橫坐標(biāo)表示光影跟蹤層的透明度，縱坐標(biāo)表示被 影響面與影響面之間的距離，光影跟蹤層的透明度隨著兩個平行平面之間距離 的增加從100%減小到0，根據(jù)距離的遠(yuǎn)近給第一平面1添加第五平面5對其的 光影跟蹤圖層。6、 給受光面添加光照圖層，該圖層為有色半透明圖層，顏色由光線的色溫 決定，如果為天光則該圖層為白色，用于模擬受光面在天光下變白而失去自身 原有顏色的效果，該圖層透明度隨著離光源的距離增大而遞減。7、 給圖層建立關(guān)聯(lián)，具體步驟為，1) 、將所有灰度圖層相關(guān)聯(lián)，即在改變其中一個面的灰度的同時，其他面 的灰度也發(fā)生變化，保證整個室內(nèi)空間灰度的統(tǒng)一；2) 、將所有受相同光源的光照圖層相關(guān)聯(lián)，即在改變一個面的光照時，其 他面的光照也會發(fā)生變化；3) 、將面的本色圖層與這個面在其他墻壁上的光影跟蹤圖層相關(guān)聯(lián)，即改 變該面本色圖層的色相、灰度、明度時，其他墻壁的光影跟蹤圖層也隨之改動。按照相同的方法，完成第二平面2、第三平面3、第四平面4、第五平面5 和第六平面6的光影跟蹤過程。其中給第三平面3和第六平面6添加灰度圖層，由于這兩個面是背光的， 故全部給予40%透明度的黑色。其中當(dāng)由于第五平面5和第六平面6在與第二平面2和第四平面4相交時， 發(fā)生了斷開，故光影跟蹤圖層的形狀釆用下面的漸變方式，在原有的漸變基礎(chǔ) 上，從斷開處向外呈扇形狀逐漸消失，然后再根據(jù)空間透視進(jìn)行扭曲，以同樣的方法處理第五平面5、第六平面6對第二平面2的影響，如圖6、圖7所示。 由于空間中的任意一個面都是由本色圖層、以下圖層疊加組合而成，1) 、用于顯示面自身顏色的本色圖層；2) 、用于增強(qiáng)面的空間層次和真實(shí)感的灰度圖層；3 )、用于模擬其他面對自身的影響的光影跟蹤圖層；4 )、用于模擬光照導(dǎo)致的物體自身顏色失真的現(xiàn)象的光照圖層。 所以空間中的第一平面用二維圖像表示如圖8所示，包括本色圖層101，灰度圖層102,第二平面對它的光影跟蹤圖層103，第三平面對它的光影跟蹤圖層 104,第四平面對它的光影跟蹤圖層105,第五平面對它的光影跟蹤圖層106和 光照圖層107，這樣就能逼真的在平面上顯示空間圖像?？臻g中能夠?qū)ζ渌娈a(chǎn)生漫反射影響的面包括與被影響面成一定角度相 交的面，角度大于O度小于150度(經(jīng)過試驗(yàn)測試得知)；與被影響面相對的面， 可以是平行對應(yīng)的面也可以是與被影響面成一定角度但不相交的面?？臻g中對 其他面產(chǎn)生影響可以忽略不計的面包括與被影響面成一定角度的面，角度范 圍為大于150度，小于180度。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于一點(diǎn)透視的空間中，而且可以應(yīng)用到多點(diǎn)透視的空 間中。
權(quán)利要求
1、一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內(nèi)模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，其特征在于，包括，(1)、在第一平面上選擇一個區(qū)域填充該面的實(shí)際顏色，作為本色圖層；(2)、在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；(3)、在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；(4)、在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；(5)、第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的處理順序進(jìn)行疊加；(6)、對所有平面的對應(yīng)圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，當(dāng)所 述的第一平面背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明度隨光線變化而變化 的透明圖層；當(dāng)所述的第一平面不背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明 度為20%—40%的漸變透明圖層。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(3)中的其他平面對第一平面的光影跟蹤圖層為顏色漸變的透明圖層，當(dāng) 其他平面與第一平面相交時，透明度隨影響點(diǎn)到平面之間交線距離的增大而逐 漸減小，所述透明度隨著第一平面與被影響面之間夾角角度的增大而減??；當(dāng) 其他平面與第一平面平行時，透明度隨著兩平面之間距離的增加而減小。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(5)中，還包括第六平面，分別與第二平面、第四平面和第五平面相交。
5、 如權(quán)利要求5所述的一種光影跟蹤的生成方法，其特征在于，所述第五平面 和第六平面對第一平面的光影跟蹤圖層在原有光影跟蹤圖層的基礎(chǔ)上從斷開處 向外呈扇形狀逐漸消失。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(4)中光照圖層為有色半透明圖層，其顏色由照射到第一平面上光線的色 溫決定。
7、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(6)中對所述圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)時，將所有的灰度圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)；將受相同光 源的光照圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)；將一個平面的本色圖層和蓋面在其他面上的光影跟蹤 圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
8、 如權(quán)利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 方法可用于一點(diǎn)透^L或多點(diǎn)透^L的空間中。
全文摘要
一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內(nèi)模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，包括，在第一平面上選擇一個區(qū)域填充該面的實(shí)際顏色，作為本色圖層；在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的處理順序進(jìn)行疊加；對所有平面的對應(yīng)圖層進(jìn)行關(guān)聯(lián)。本發(fā)明能在二維空間中逼真的顯示三維圖像。
文檔編號G06T15/10GK101226644SQ200810033679
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月18日
發(fā)明者朱東暉 申請人:朱東暉