用于實施光線跟蹤的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】提供了用于實施光線跟蹤的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品。在使用中，利用分治方法實施光線跟蹤，其中分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián)。
【專利說明】用于實施光線跟蹤的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品
[0001]優(yōu)先權(quán)要求
[0002]本申請要求于2012年7月24日提交的美國臨時申請第61/675，215號的權(quán)益，本文通過援弓I的方式對其全部內(nèi)容加以合并。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及圖形處理，并且，更具體地，涉及實施光線跟蹤。
【背景技術(shù)】
[0004]利用光線跟蹤的圖像生成已成為計算機圖形的重要領(lǐng)域。例如，光線跟蹤可用來產(chǎn)生具有高度視覺寫實的合成圖像。然而，用于實施光線跟蹤的當(dāng)前技術(shù)已與各種限制相關(guān)聯(lián)。
[0005]例如，用于實施光線跟蹤的當(dāng)前方法可能是低效的，因為這種方法可能在光線跟蹤計算期間實施多余動作。因此存在解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的這些和/或其他問題的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供了用于實施光線跟蹤的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品。在使用中，利用分治方法實施光線跟蹤，其中分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1示出根據(jù)一個實施例的、用于實施光線跟蹤的方法。
[0008]圖2示出根據(jù)另一個實施例的、用于實施分治(divide and conquer)光線跟蹤的方法。
[0009]圖3示出其中可以實現(xiàn)各種先前實施例的各種架構(gòu)和/或功能性的示例性系統(tǒng)?！揪唧w實施方式】
[0010]圖1示出根據(jù)一個實施例的、用于實施光線跟蹤的方法100。如操作102中所示，利用分治方法實施光線跟蹤，其中分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián)。在一個實施例中，光線跟蹤可包括路徑跟蹤。例如，光線跟蹤可包括跟蹤穿過空間(例如場景等)的路徑(例如光路等)，其中空間包括一個或多個對象。在另一個實施例中，光線跟蹤可包括仿真路徑與一個或多個對象的遭遇(例如相交等)的一個或多個效果。
[0011]此外，在一個實施例中，利用分治方法實施光線跟蹤可包括實施分區(qū)化。例如，利用分治方法實施光線跟蹤可包括將空間(例如其中正在實施光線跟蹤的空間等)分區(qū)化。在另一個示例中，利用分治方法實施光線跟蹤可包括將對象列表(例如空間內(nèi)的對象(例如幾何基元等)的列表等)分區(qū)化。
[0012]并且,在一個實施例中，可利用一個或多個方法實施分區(qū)化。例如，可利用表面積啟發(fā)法、中線分割、全局啟發(fā)式分割以及由偏移和法線所定義的經(jīng)選擇平面的分割中的一個或多個來實施分區(qū)化。在另一個實施例中，分區(qū)化可創(chuàng)建多個分區(qū)(例如空間分區(qū)、對象列表分區(qū)等)。在又一個實施例中，利用分治方法實施光線跟蹤可包括剔除分區(qū)中的一個或多個(例如根據(jù)特定光線跟蹤操作移除分區(qū)中的一個或多個)。
[0013]進一步地，在一個實施例中，利用分治方法實施光線跟蹤可包括以遞推的方式實施分區(qū)化。例如，利用分治方法實施光線跟蹤可包括遞推地細分空間、遞推地將空間內(nèi)的對象分區(qū)化等。在另一個示例中，利用分治方法實施光線跟蹤可包括通過遞推地將空間內(nèi)的一個或多個對象分區(qū)化以創(chuàng)建對象的一個或多個分區(qū)來跟蹤穿過經(jīng)選擇數(shù)目的對象的經(jīng)選擇數(shù)目的光線，以及根據(jù)光線剔除掉對象的一個或多個分區(qū)。通過該方式，(例如通過實施層次剔除等)可減少求交測試(例如光線和一個或多個對象之間的相交的測試等)的數(shù)量。同樣地，層次剔除可通過在遞推地將空間分區(qū)化期間削減層次遍歷來減少求交測試。
[0014]仍進一步地，在一個實施例中，高速緩存可包括計算系統(tǒng)內(nèi)的存儲器的一個或多個部分。例如，高速緩存可包括位于計算系統(tǒng)的中央處理單元(CPU)上的存儲器的一個或多個部分、位于計算系統(tǒng)的圖形處理單元(GPU)上的存儲器的一個或多個部分等。
[0015]并且，在一個實施例中，在利用分治方法的光線跟蹤期間所獲得的信息可存儲在高速緩存中。例如，高速緩存可存儲與分治方法相關(guān)聯(lián)的分區(qū)化信息(例如分區(qū)化結(jié)果等)。在另一個示例中，可分配固定數(shù)量的分區(qū)高速緩存存儲器，并且這種分區(qū)高速緩存存儲器可存儲在分治方法期間通過分區(qū)化所創(chuàng)建的多個分區(qū)中的一個或多個。通過該方式，作為利用分治方法實施光線跟蹤的結(jié)果所獲得的分區(qū)化結(jié)果可存儲在高速緩存中，而非存儲完全顯式層次輔助加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0016]另外，在一個實施例中，通過修改與分治方法相關(guān)聯(lián)的算法(例如分治算法)的一個或多個部分，在利用分治方法的光線跟蹤期間所獲得的信息可存儲在高速緩存中。在另一個實施例中，高速緩存可存儲與光線跟蹤的實施相關(guān)聯(lián)的層次的一部分。例如，高速緩存可存儲通過分區(qū)化所創(chuàng)建的分區(qū)的完整層次的一個或多個層(例如預(yù)定數(shù)目的頂層等)。
[0017]此外，在一個實施例中，高速緩存可基于與分區(qū)相關(guān)聯(lián)的重新計算時間(times)存儲一個或多個分區(qū)。例如，每個分區(qū)可與基于實施分治方法內(nèi)的該分區(qū)的重新計算所要求的工作量的優(yōu)先權(quán)相關(guān)聯(lián)。在另一個示例中，具有最高優(yōu)先權(quán)的預(yù)定數(shù)目的分區(qū)可存儲在高速緩存內(nèi)。通過該方式，高速緩存可存儲與最高重新計算時間相關(guān)聯(lián)的分區(qū)。
[0018]仍進一步地，在一個實施例中，可分層次地應(yīng)用利用分治方法的光線跟蹤。例如，可利用有向無環(huán)場景圖實施光線跟蹤。在另一個實施例中，多個高速緩存可與有向無環(huán)場景圖中的多個參考節(jié)點相關(guān)聯(lián)，使得有向無環(huán)場景圖中的多個參考節(jié)點中的每一個具有其自己的不同高速緩存。
[0019]并且，在一個實施例中，利用分治方法的光線跟蹤可包括層次遮擋剔除。例如，分治方法可用于在光柵化期間的層次遮擋剔除。在另一個實施例中，可與利用分治方法的光線跟蹤相聯(lián)系來確定遍歷次序(例如其中處理空間內(nèi)的光線集合和對象集合的次序等)。例如，可通過光線民主、平均化的光線方向以及量化的光線方向中的一個或多個來確定遍歷次序。
[0020]將關(guān)于各種可選架構(gòu)和特征闡述更多示例性信息，實現(xiàn)前述框架可以利用或不利用上述架構(gòu)，這依據(jù)用戶的需要。應(yīng)特別注意的是，闡述接下來的信息是出于示例性目的并且不應(yīng)視為以任何方式加以限制。任何接下來的特征可以在排除或不排除所描述的其他特征的情況下可選地加以合并。
[0021]圖2示出根據(jù)另一個實施例的、用于實施分治光線跟蹤的方法200。作為選項，可在圖1功能性的上下文中實行方法200。然而當(dāng)然，可在任何需要的環(huán)境中實現(xiàn)方法200。還應(yīng)注意的是，可在本描述期間應(yīng)用前述定義。
[0022]如操作202中所示，標(biāo)識包括多個幾何基元的空間。在一個實施例中，空間可包括待通過仿真虛擬照相機渲染為圖像的場景。在另一個實施例中，場景可包括幾何基元，其可包括位于空間內(nèi)的任何對象(例如幾何形狀等)。
[0023]此外，如操作204中所示，利用分區(qū)高速緩存存儲器，與多個幾何基元相聯(lián)系在空間內(nèi)實施分治光線跟蹤。在一個實施例中，實施分治光線跟蹤可包括利用同時層次遍歷重新排序光線集合和幾何基元集合，同時隱性地保持層次的追蹤。在另一個實施例中，分治光線跟蹤可以不存儲加速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(例如這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以是隱性的等)。參見例如美國專利申請 US 2009/0225081 和 “Efficient ray tracing without auxiliary accelerationdata structure，，(A.Keller 等，Poster，High Performance Graphics，2011)，其描述分治光線跟蹤的示例，在此通過援引的方式對其全文加以合并。
[0024]進一步地，在美國專利申請US2009/0225081 和“Efficient ray tracingwithoutauxiliary acceleration data structure，，(A.Keller 等,Poster, High PerformanceGraphics, 2011)的一個示例案中，實施分治光線跟蹤可包括實施空間的(spatial)分區(qū)化(例如遞推的空間的分區(qū)化、遞推的細分等)。還參見例如“Naive ray-tracing:Adivide-and-conquer approach，，(B.Mora, ACM Trans.Graph.，30 (5): 117:1 - 117:12，2011
年 10 月)和 “Incoherent ray tracing without acceleration structures，，(A.A fra,
EuroGraphics Short Paper，2012)，其描述空間的分區(qū)化的示例性實現(xiàn)方案，在此通過援引的方式對其全文加以合并。
[0025]仍進一步地，在一個實施例中，雖然分治光線跟蹤可以是高速緩存參數(shù)無關(guān)(cache oblivious)的，但是可以通過重新排序數(shù)據(jù)獲得高速緩存實施的益處。在另一個實施例中，可利用分區(qū)高速緩存存儲器解決光線跟蹤中的多余計算。例如，可分配固定數(shù)量的高速緩存存儲器以創(chuàng)建分區(qū)高速緩存存儲器，并且這種分區(qū)高速緩存存儲器可用來對在分治光線跟蹤的實施期間所獲得的信息進行高速緩存。例如，分區(qū)高速緩存存儲器可用來在遞推細分的實施期間對信息進行高速緩存。
[0026]此外，參見例如 “Geometry presorting for implicit object spacepartitioning，，(M.Eisemann 等,Computer Graphics Forum(Proc.0f EurographicsSymposium on Rendering (EGSR)),31(4),2012 年 6 月)、“Ray Tracing mi tStrahlbiindeln，，(B.Frohlich, PhD thesis, Naturwissenschaftliche Fakultat derTechnischen Ulliversitai Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 1993) ,Improvingdata locality for efficient in-core path tracing，，(J.Bikker，ComputerGraphics Forum,第 31 卷，第 6 期，1936 - 1947 頁，2012 年 9 月)，和 “Terminatingspatial hierarchies by a priori bounding memory，，(C.Wachter 等，InProceedings of the2007IEEE Symposium on Interactive Ray Tracing，RT’ 07，41 - 46
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括: 利用分治方法實施光線跟蹤， 其中所述分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括實施分區(qū)化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括將空間分區(qū)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括將對象列表分區(qū)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述分區(qū)化利用表面積啟發(fā)法、中線分割、全局啟發(fā)式分割以及由偏移和法線所定義的經(jīng)選擇平面的分割中的一個或多個來實施。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述分區(qū)化創(chuàng)建多個分區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括剔除所述分區(qū)中的一個或多個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括以遞推的方式實施分區(qū)化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用所述分治方法實施光線跟蹤包括通過遞推地將空間或?qū)ο罅斜碇械闹辽僖粋€分區(qū)化以創(chuàng)建一個或多個分區(qū)來跟蹤穿過經(jīng)選擇數(shù)目的對象的經(jīng)選擇數(shù)目的光線，以及根據(jù)光線剔除掉所述一個或多個分區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在利用所述分治方法的所述光線跟蹤期間所獲得的信息存儲在所述高速緩存中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高速緩存存儲與所述分治方法相關(guān)聯(lián)的分區(qū)化信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述高速緩存存儲由所述分區(qū)化所創(chuàng)建的分區(qū)的完整層次的一個或多個層。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高速緩存基于與所述分區(qū)相關(guān)聯(lián)的重新計算時間存儲一個或多個分區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述光線跟蹤利用有向無環(huán)場景圖來實施。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中多個高速緩存與所述有向無環(huán)場景圖中的多個參考節(jié)點相關(guān)聯(lián)，使得所述有向無環(huán)場景圖中的多個參考節(jié)點中的每一個具有其自己的不同高速緩存。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述分治方法用于光柵化期間的層次遮擋剔除。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中遍歷次序與利用所述分治方法的所述光線跟蹤相聯(lián)系來確定，其中所述遍歷次序通過光線民主、平均化的光線方向以及量化的光線方向中的一個或多個來確定。
18.一種具體化在計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品，包括: 用于利用分治方法實施光線跟蹤的代碼， 其中所述分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián) 。
19.一種系統(tǒng),包括:處理器，用于利用分治方法實施光線跟蹤，其中所述分治方法與高速緩存相關(guān)聯(lián)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述處理器經(jīng)由總線耦連到存儲器。
【文檔編號】G06T15/06GK103578131SQ201310314064
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月24日
【發(fā)明者】尼古勞斯·比內(nèi)爾, 卡斯滕·亞歷山大·韋希特爾, 亞歷山大·凱勒 申請人:輝達公司