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JP2003296750A - Graphic image rendering using radiance autotransfer of low frequency lighting environment - Google Patents

Graphic image rendering using radiance autotransfer of low frequency lighting environment

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Publication number
JP2003296750A
JP2003296750A JP2003081431A JP2003081431A JP2003296750A JP 2003296750 A JP2003296750 A JP 2003296750A JP 2003081431 A JP2003081431 A JP 2003081431A JP 2003081431 A JP2003081431 A JP 2003081431A JP 2003296750 A JP2003296750 A JP 2003296750A
Authority
JP
Japan
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radiance
modeled object
transfer
image
lighting
Prior art date
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Granted
Application number
JP2003081431A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4343564B2 (en
Inventor
Peter-Pike J Sloan
ジェイ.スローン ピーター−パイク
John M Snyder
エム.スナイダー ジョン
Jan Kautz
カウツ ジャン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microsoft Corp
Original Assignee
Microsoft Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently represent a low frequency lighting environment without causing aliasing by using a low dimensional spherical surface harmonics (SH) base. <P>SOLUTION: Real time image rendering of a diffusion object and a gloss object in a low frequency lighting environment fetches blurry shadow, interreflection, and caustic. A global propagation simulator represents incident lighting transfer of an optional low frequency to radiance to be emitted as preprocessing, but generates a function including a global effect such as shadowing from an object to the object itself and interreflection over the object surface. At execution, those transfer functions are applied to actual incident lighting. Dynamic local lighting is processed by performing sampling near the object in each frame. The object can be turned as a carbody shell about lighting and the lighting can be turned about the object. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータグラ
フィック画像のレンダリング技術に関し、より詳細に
は、レンダリング画像におけるモデリングされたオブジ
ェクトのライティングおよびシャドーイングに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to computer graphic image rendering techniques, and more particularly to lighting and shadowing of modeled objects in rendered images.

【0002】[0002]

【従来の技術】本特許文書の開示の一部は著作権保護の
対象となる題材を含んでいる。著作権所有者は、いずれ
の者による米国特許商標庁の特許ファイルまたはレコー
ドに記載される本特許開示の複製に対して異議はない
が、その他の点ではすべての著作権を保有する。
BACKGROUND OF THE INVENTION A portion of the disclosure of this patent document contains material which is subject to copyright protection. The copyright owner has no objection to the reproduction by anyone of this patent disclosure in the U.S. Patent and Trademark Office patent file or record, but otherwise reserves all copyright rights whatsoever.

【0003】面光源からのライティング、柔らかなシャ
ドー、および相互反射は、現実感のある画像合成に重要
な効果である。不都合なことに、モンテカルロレイトレ
ーシング、ラジオシティ、或いは複数の点光源にわたっ
て合計するマルチパスレンダリングを含む大規模なライ
ティング環境にわたって積分するための一般的な方法
は、リアルタイムのレンダリングには実際的でない。
(モンテカルロレイトレーシングに関する代表的文献が
ある(例えば、非特許文献1、非特許文献2、非特許文
献3参照)。(ラジオシティ技術について記述がある
(例えば、非特許文献4参照))(各種のマルチパスレ
ンダリング技術に関する代表的文献がある(例えば、非
特許文献5、非特許文献6、非特許文献7参照))
Lighting from surface light sources, soft shadows, and interreflections are important effects for realistic image synthesis. Unfortunately, common methods for integration over large lighting environments, including Monte Carlo raytracing, radiosity, or multipass rendering summing over multiple point sources, are impractical for real-time rendering.
(There are representative documents regarding Monte Carlo ray tracing (for example, see Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3). There is a representative document regarding the multi-pass rendering technology of (for example, see Non-Patent Document 5, Non-Patent Document 6, and Non-Patent Document 7)

【0004】[0004]

【非特許文献1】Cook, R. Porter, T and Carpenter,
L, Distributed Ray Tracing,SIGGRAPH'84, 137〜146
[Non-Patent Document 1] Cook, R. Porter, T and Carpenter,
L, Distributed Ray Tracing, SIGGRAPH'84, 137〜146

【0005】[0005]

【非特許文献2】Jensen, H, Global Illumination usi
ng Photon Maps, EurographicsWorkshop on Rendering
1996, 21〜30
[Non-Patent Document 2] Jensen, H, Global Illumination usi
ng Photon Maps, EurographicsWorkshop on Rendering
1996, 21-30

【0006】[0006]

【非特許文献3】Kajiya, J, The Rendering Equation,
SIGGRAPH'86, 143〜150
[Non-Patent Document 3] Kajiya, J, The Rendering Equation,
SIGGRAPH'86, 143-150

【0007】[0007]

【非特許文献4】Cohen, M and Wallace, J, Radiosity
and Realistic Image Synthesis, Academic Press Pro
fessional, Cambridge, 1993
[Non-Patent Document 4] Cohen, M and Wallace, J, Radiosity
and Realistic Image Synthesis, Academic Press Pro
fessional, Cambridge, 1993

【0008】[0008]

【非特許文献5】Haeberli, P and Akeley, K, The Acc
umulation Buffer: Hardware Support for High-Qualit
y Rendering, SIGGRAPH'90, 309〜318
[Non-Patent Document 5] Haeberli, P and Akeley, K, The Acc
umulation Buffer: Hardware Support for High-Qualit
y Rendering, SIGGRAPH'90, 309 ~ 318

【0009】[0009]

【非特許文献6】Keller, A, Instant Radiosity, SIGG
RAPH'97, 49〜56
[Non-Patent Document 6] Keller, A, Instant Radiosity, SIGG
RAPH'97, 49 ~ 56

【0010】[0010]

【非特許文献7】Segal, M, Korobkin, C, van Widenfe
lt, R, Foran, J and Haeberli, P, Fast Shadows and
Lighting Effects Using Texture Mapping, SIGGRAPH'9
2, 249〜252
[Non-Patent Document 7] Segal, M, Korobkin, C, van Widenfe
lt, R, Foran, J and Haeberli, P, Fast Shadows and
Lighting Effects Using Texture Mapping, SIGGRAPH'9
2, 249 to 252

【0011】[0011]

【非特許文献8】Cabral, B、Olano, M and Nemec, P,
Reflection Space Image BasedRendering, SIGGRAPH'9
9, 165〜170
[Non-Patent Document 8] Cabral, B, Olano, M and Nemec, P,
Reflection Space Image Based Rendering, SIGGRAPH'9
9, 165-170

【0012】[0012]

【非特許文献9】Greene, N, Environment Mapping and
Other applications of WorldProjections, IEEE CG &
A, 6(11): 21〜29, 1986
[Non-Patent Document 9] Greene, N, Environment Mapping and
Other applications of WorldProjections, IEEE CG &
A, 6 (11): 21-29, 1986

【0013】[0013]

【非特許文献10】Heidrich, W, Seidel H, Realisti
c, Hardware-Accelerated Shadingand Lighting, SIGGR
APH'99, 171〜178
[Non-Patent Document 10] Heidrich, W, Seidel H, Realisti
c, Hardware-Accelerated Shadingand Lighting, SIGGR
APH'99, 171-178

【0014】[0014]

【非特許文献11】Kautz, J, Vazquez, P, Heidrich,
W and Seidel, H, A Unified Approach to Pre-filtere
d Environment Maps, Eurographics Workshop on Rende
ring 2000, 185〜196
[Non-Patent Document 11] Kautz, J, Vazquez, P, Heidrich,
W and Seidel, H, A Unified Approach to Pre-filtere
d Environment Maps, Eurographics Workshop on Rende
ring 2000, 185-196

【0015】[0015]

【非特許文献12】Ramamoorthi, R and Hanrahan, P,
An Efficient Representation for Irradiance Environ
ment Maps, SIGGRAPH'01, 497〜500
[Non-Patent Document 12] Ramamoorthi, R and Hanrahan, P,
An Efficient Representation for Irradiance Environ
ment Maps, SIGGRAPH'01, 497 ~ 500

【0016】[0016]

【非特許文献13】Edmonds, A, Angular Momentum in
Quantum Mechanics, Princeton University, Princeto
n, 1960
[Non-Patent Document 13] Edmonds, A, Angular Momentum in
Quantum Mechanics, Princeton University, Princeto
n, 1960

【0017】[0017]

【非特許文献14】Zare, R, Angular Momentum: Under
standing Spatial Aspects in Chemistry and Physics,
Wiley, New York、1987
[Non-Patent Document 14] Zare, R, Angular Momentum: Under
standing Spatial Aspects in Chemistry and Physics,
Wiley, New York, 1987

【0018】[0018]

【非特許文献15】Chirikjian, G and Stein, D, Kine
matic Design and Communicationof a Spherical Stepp
er Motor, IEEE Transactions on Mechatronics, 4(4),
Dec. 1999
[Non-Patent Document 15] Chirikjian, G and Stein, D, Kine
matic Design and Communicationof a Spherical Stepp
er Motor, IEEE Transactions on Mechatronics, 4 (4),
Dec. 1999

【0019】[0019]

【非特許文献16】Linde, Y, Buzo and Gray, R, An a
lgorithm for Vector QuantizerDesign, IEEE Transact
ion on Communication COM-28, 1980, 84〜95
[Non-Patent Document 16] Linde, Y, Buzo and Gray, R, An a
lgorithm for Vector QuantizerDesign, IEEE Transact
ion on Communication COM-28, 1980, 84 ~ 95

【0020】[0020]

【非特許文献17】Greger, G., Shirley, P, Hubbard,
P, and Greenberg, D, The Irrandiance Volume, IEEE
Computer Graphics and Applications, 6(11): 21〜2
9,1986
[Non-Patent Document 17] Greger, G., Shirley, P, Hubbard,
P, and Greenberg, D, The Irrandiance Volume, IEEE
Computer Graphics and Applications, 6 (11): 21 ~ 2
9,1986

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】リアルタイムの現実感
のあるグローバルイルミネーションには3つの困難が伴
う。すなわち、現実の材料の複雑で空間的に変動する双
方向反射分布関数(BRDF)をモデル化しなければな
らず(BRDFの複雑性)、各点におけるライティング
方向の半球にわたる積分(光の積分)が必要であり、そ
して光源から対象物(receiver)への光路中にある介在
物によるシャドーなどのはね返り(bouncing)/オクル
ージョン効果を考慮しなければならない(光の伝播の複
雑性)。多くの研究では、BRDFの複雑性を拡大して
(例えば光沢のある異方性反射)、方向または点の合計
として入射ライティングを表すことにより光の積分の問
題を解決することに的を絞ってきた。したがって、光の
積分は、結果として単に数点で分析的あるいは表形式の
BRDFをサンプリングするのと同じことになるが、大
きな光源の場合には扱いにくい。第2の系統の研究では
放射輝度をサンプリングし、その輝度に予め様々な大き
さの核(kernel)を畳み込んでおく。(例えば次を参照
されたい(例えば、非特許文献8、非特許文献9、非特
許文献10、非特許文献11、非特許文献12参照))
この手法は光の積分の問題は解決するが、畳み込みには
入射反射輝度が遮蔽されず散乱しないことが前提とされ
るので、シャドーのような光の伝播の複雑性は無視す
る。そして、光の伝播、特にシャドーの複雑性を拡大す
る巧妙な手法が存在する。問題となるのは光の積分であ
り、上述の方法の大半は非常に大きな光源には適さな
い。
[Problems to be Solved by the Invention] There are three difficulties involved in real-time realistic global illumination. That is, a complicated spatially varying bidirectional reflection distribution function (BRDF) of a real material has to be modeled (complexity of BRDF), and an integration (light integration) over a hemisphere in the lighting direction at each point is performed. It is necessary, and bouncing / occlusion effects such as shadows due to inclusions in the light path from the light source to the receiver must be considered (complexity of light propagation). Many studies have focused on solving the problem of light integration by expanding the complexity of BRDF (eg, shiny anisotropic reflection) and expressing the incident lighting as a sum of directions or points. It was Therefore, integrating light results in the same as simply sampling an analytical or tabular BRDF at a few points, but is cumbersome for large light sources. In the study of the second system, radiance is sampled, and the radiance is convoluted with kernels of various sizes in advance. (For example, refer to the following (for example, see Non-Patent Document 8, Non-Patent Document 9, Non-Patent Document 10, Non-Patent Document 11, and Non-Patent Document 12))
Although this method solves the problem of light integration, it neglects the complexity of light propagation such as shadows, since the convolution assumes that the incident reflection brightness is not shielded and does not scatter. And there are subtle ways to increase the complexity of light propagation, especially shadows. The problem is the integration of light, and most of the above methods are not suitable for very large light sources.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】ここに記載するリアルタ
イムの画像レンダリング技術は、光の積分と光の伝播の
複雑性を実時間でより適切に考慮する。この技術は、低
周波数のライティング環境(領域支持ライティング基底
関数(area-supported basis functions))を対象と
し、低次の球面調和関数(SH)基底を使用してエリア
シングを生じさせることなくそのような環境を効率的に
表す。この技術の一態様は、オブジェクトがその光をオ
ブジェクト自体または隣接する空間にどのように散乱す
るかをその散乱を入射ライティングから分離する形で表
すことである。例えば、図8では、モデリングした人間
の頭部のシャドーを付けていない画像と、放射輝度の自
己伝達を用いて本明細書に記載する要領で生成した画像
を比較している。
The real-time image rendering techniques described herein better account for the complexity of light integration and light propagation in real time. This technique targets low-frequency lighting environments (area-supported basis functions) and uses low-order spherical harmonic (SH) bases such that aliasing does not occur. Efficiently represent a diverse environment. One aspect of this technique is to represent how an object scatters its light into the object itself or into adjacent space in a way that separates that scatter from the incident lighting. For example, FIG. 8 compares an unshadowed image of a modeled human head with an image generated as described herein using radiance self-transfer.

【0023】ここに記載する技術を簡潔に述べると、ま
ず無限に遠い環境マップによって照らされている凸状の
拡散オブジェクトがあるとする。その環境に対するオブ
ジェクトの陰影の付いた「反応」は、入射する放射輝度
を出射する放射輝度に写像する伝達関数と考えることが
でき、これはある事例では単にコサインの重みを付けた
積分を行う。より複雑な積分は、凹形のオブジェクトが
どのようにそれ自体にシャドーを作るかを取り込み、こ
の場合は、各方向の可視性を表す追加的な伝播因数で被
積分関数を乗ずる。
Briefly describing the techniques described herein, assume first that there is a convex diffuse object illuminated by an infinitely far environment map. The shaded “reaction” of an object to its environment can be thought of as the transfer function that maps the incoming radiance to the outgoing radiance, which in some cases simply does a cosine weighted integration. More complex integrals incorporate how a concave object creates a shadow on itself, in this case multiplying the integrand by an additional propagation factor that represents the visibility in each direction.

【0024】ここに記載する技術のアプローチは、所与
のオブジェクトについて、シャドーイングのような複雑
な伝達関数によって必要とされる高負荷の伝播シミュレ
ーションを予め計算しておくものである。この結果得ら
れる伝達関数は、オブジェクト表面上のベクトルまたは
行列の稠密な集合として表される。これに対し、入射放
射輝度は予め計算しておく必要がない。後に行うリアル
タイムのレンダリング時に、グラフィックハードウェア
で限られた数の点で動的に入射放射輝度をサンプリング
することができ、それをこの技術では高速の計算で球面
調和関数(SH)基底に変換する。天空光モデルや円の
ような単純な幾何学的形といった分析モデルも使用する
ことができる。
The approach of the technique described herein precomputes the heavy-load propagation simulation required by a complex transfer function such as shadowing for a given object. The resulting transfer function is represented as a dense set of vectors or matrices on the object surface. On the other hand, the incident radiance does not have to be calculated in advance. During subsequent real-time rendering, the graphics hardware can dynamically sample the incident radiance at a limited number of points, which the technique transforms into a spherical harmonic (SH) basis with fast computation. . Analytical models such as skylight models or simple geometric shapes such as circles can also be used.

【0025】入射放射輝度と伝達関数の両方をSH基底
に表すことにより、ここに記載する技術では、光の積分
を、各自の係数ベクトル間の単純なドット積(拡散対象
物)、または小さな伝達行列を通じたライティング係数
ベクトルの単純な線形変換(光沢対象物)とする。低周
波数のライティング環境では必要とされる係数が非常に
少なく(9〜25個)、グラフィックハードウェアは1
回のパスで結果を計算することができる。モンテカルロ
法やマルチパスの光積分法と異なり、この技術による実
行時計算は、光源がどれほど多くとも、あるいは大きく
とも一定に保つことができる。一定量の実行時計算を保
持するには大規模で滑らかなライティングに依拠して必
要なSH係数の数を制限する。
By representing both the incident radiance and the transfer function in the SH basis, the technique described here allows the integral of the light to be calculated as a simple dot product (diffusion object) or a small transfer between their coefficient vectors. It is a simple linear transformation of a lighting coefficient vector through a matrix (gloss target). Very low coefficients (9-25) required in low frequency lighting environment, 1 for graphics hardware
The result can be calculated in a single pass. Unlike Monte Carlo and multi-pass optical integration methods, run-time computations with this technique can be kept constant no matter how many sources or large sources. Retaining a certain amount of run-time computation relies on large, smooth lighting to limit the number of SH coefficients required.

【0026】ここに記載する技術は、相互反射やコース
ティック(caustic)のような複雑な伝播効果を伝達関
数中に表す。これらはすべて前処理としてシミュレート
するので、伝達関数の基底係数だけが変化し、実行時の
計算は変化しない。ここに記載する技術のアプローチで
は、表面とボリュームに基づくジオメトリの両方を扱
う。SH係数を多くすると、この技術は拡散だけでな
く、相互反射を含む光沢のある(だが高度に鏡面ではな
い)対象物をも扱うことができる。例えば、有用な光沢
のある効果を得るには25個のSH係数で十分である。
自己伝達と称する剛性のオブジェクトからそれ自体への
伝達に加えて、この技術は、剛性のオブジェクトからそ
れに隣接する空間への近傍伝達に一般化され、投じられ
たやわらかなシャドー、光沢性の反射、および動きのあ
る対象物上のコースティックを可能にする。
The techniques described herein represent in the transfer function complex propagating effects such as interreflection and caustic. Since these are all simulated as preprocessing, only the basis coefficient of the transfer function changes, and the calculation at runtime does not change. The approach of the technique described here deals with both surface and volume-based geometry. With a high SH factor, this technique can handle not only diffuse, but glossy (but highly specular) objects, including interreflections. For example, 25 SH factors are sufficient to obtain a useful glossy effect.
In addition to the transfer from a rigid object to itself, called self-transfer, this technique is generalized to the proximity transfer from a rigid object to the space adjacent to it, with a cast soft shadow, glossy reflections, And allows caustics on moving objects.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1を参照すると、コンピュータ
グラフィック画像レンダリングシステム100のソフト
ウェアアーキテクチャは、本明細書に記載する放射輝度
自己伝達画像レンダリング技術を使用して、相互反射と
セルフシャドーイング(self-shadowing)を付けたモデ
リングオブジェクトのリアルタイムの画像レンダリング
を提供する。一般に、このソフトウェアアーキテクチャ
は、グローバルイルミネーションシミュレータ120、
リアルタイム画像レンダリングエンジン140、および
グラフィックディスプレイドライバ180を含む。下記
でより完全に説明する放射輝度自己伝達レンダリング技
術では、グローバルイルミネーションシミュレータ12
0はこの技術の前処理段階を行い、ここで幾何学的オブ
ジェクトモデル110から放射輝度自己伝達データ13
0を事前に計算しておく。幾何学的オブジェクトモデル
110は、三角形メッシュ、ウェーブレット合成、ある
いはモデリングするオブジェクトのジオメトリの任意の
他の表現でよい。そしてリアルタイム画像レンダリング
エンジン140は、予め計算された放射輝度自己伝達デ
ータを用いて、動的に変動するライティング環境150
およびビュー方向160についてモデリングしたオブジ
ェクトの画像をレンダリングし、ライティング環境15
0とビュー方向160は選択的に変えるか、あるいはユ
ーザコントロール170で設定することができる。グラ
フィックディスプレイドライバ180は、画像を画像出
力装置(例えばモニタ、プロジェクタ、プリンタなど)
に出力する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring to FIG. 1, the software architecture of a computer graphic image rendering system 100 uses the radiance self-transmitting image rendering technique described herein to provide inter-reflection and self-shadowing. -Real-time image rendering of modeling objects with shadowing). In general, this software architecture is based on the Global Illumination Simulator 120,
It includes a real-time image rendering engine 140 and a graphic display driver 180. In the radiance self-transfer rendering technique, which is described more fully below, the Global Illumination Simulator 12
0 performs the pre-processing stage of this technique, where the radiance self-transfer data 13 from the geometric object model 110 is
0 is calculated in advance. The geometric object model 110 may be a triangular mesh, wavelet composition, or any other representation of the geometry of the object to be modeled. The real-time image rendering engine 140 then uses the pre-computed radiance self-transfer data to dynamically change the lighting environment 150.
And render the image of the object modeled for the view direction 160 and
0 and view direction 160 can be selectively changed or set with user controls 170. The graphic display driver 180 displays an image on an image output device (eg, monitor, projector, printer, etc.).
Output to.

【0028】グラフィック画像レンダリングシステムの
一部の実施形態では、シミュレータ120による放射輝
度自己伝達の事前計算と、エンジン140による画像レ
ンダリングは、下記のセクション6「コンピューティン
グ環境」で述べるような単一のコンピュータで実装する
ことができる。より一般的には、シミュレータ120を
別のコンピュータで実行し、その結果得られるデータ
を、レンダリングエンジン140を実行してグラフィッ
ク画像を生成するコンピュータに転送することができ
る。
In some embodiments of the graphic image rendering system, the pre-computation of radiance self-transfer by the simulator 120 and the image rendering by the engine 140 are combined into a single image as described in Section 6 "Computing Environment" below. It can be implemented on a computer. More generally, the simulator 120 can be run on another computer and the resulting data can be transferred to a computer that runs the rendering engine 140 to produce a graphic image.

【0029】放射輝度自己伝達技術の概略:前処理とし
て、グローバルイルミネーションシミュレータ120が
照明シミュレーションをモデル110に実行して、これ
によりモデリングするオブジェクトがどのようにそれ自
体にシャドーを作り光を散乱させるかを取り込む。この
結果は、モデル上のベクトル(拡散の場合)または行列
(光沢の場合)の稠密な集合として、放射輝度自己伝達
データ130に記録される。画像のレンダリング時に、
レンダリングエンジン140は、ライティング環境15
0に対応する入射放射輝度を球面調和関数(SH)基底
に射影する(これについては下記で説明する)。次い
で、モデルの伝達ベクトルまたは行列のフィールドをそ
のライティングの係数ベクトルに適用する。オブジェク
トが拡散性である場合は、オブジェクト上の複数の点に
おける伝達ベクトルとライティングの係数のドット積を
求め、自己散乱したシェーディングを正確に生成する。
オブジェクトに光沢がある場合は、ライティング係数に
伝達行列を適用して、それらの点における自己散乱した
入射放射輝度を表す球面関数の係数を得る。この関数に
オブジェクトの双方向反射分布関数(BRDF)を畳み
込み、次いでビューに依存する反射方向で評価して、レ
ンダリングする画像中のオブジェクトの最終的なシェー
ディングを生成する。
Radiance Self-Transmission Techniques Overview: As a pre-processing, the Global Illumination Simulator 120 performs a lighting simulation on the model 110, which allows the modeled object to shadow itself and scatter light. Take in. The results are recorded in the radiance self-transfer data 130 as a dense set of vectors (for diffusion) or matrices (for gloss) on the model. When rendering the image,
The rendering engine 140 uses the lighting environment 15
Project the incident radiance corresponding to 0 into a spherical harmonic (SH) basis (this is described below). The model's transfer vector or matrix field is then applied to the lighting's coefficient vector. If the object is diffusive, the dot product of the transfer vector and the lighting coefficient at multiple points on the object is determined to accurately generate the self-scattering shading.
If the object is shiny, then a transfer matrix is applied to the lighting coefficients to obtain the coefficients of the spherical function representing the self-scattered incident radiance at those points. This function is convolved with the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of the object and then evaluated with the view dependent reflection direction to produce the final shading of the object in the rendered image.

【0030】1.球面調和関数(spherical harmonic)
の概説 定義:球面調和関数は、1次元の円に対するフーリエ変
換に類似する、球面Sに対する正規直交基を定義する。
パラメータ化 s=(x,y,z)=(sinθcosφ,sinθs
inφ,cosθ) を使用すると、基底関数は
1. Spherical harmonic
General definition of: Spherical harmonics defines an orthonormal basis for the sphere S, similar to the Fourier transform for a one-dimensional circle.
Parameterization s = (x, y, z) = (sin θ cos φ, sin θ s
in φ, cos θ), the basis function is

【0031】[0031]

【数1】 [Equation 1]

【0032】と定義され、P は同伴ルジャンドル多
項式であり、K は正規化定数である。
Is defined as P l m is a companion Legendre polynomial and K l m is a normalization constant.

【0033】[0033]

【数2】 [Equation 2]

【0034】上の定義は複素基底を形成し、実数値の基
底は単純な変換
The above definition forms a complex basis, a real-valued basis is a simple transformation.

【0035】[0035]

【数3】 [Equation 3]

【0036】によって与えられる。Is given by

【0037】低い値のl(バンドインデックスと呼ばれ
る)は、球面上の低周波数の基底関数を表す。帯域lの
基底関数は、x、y、およびzにおける次数lの多項式
になる。評価は単純な漸化式で行うことができる(例え
ば、非特許文献13、非特許文献14参照)。
A low value of l (called the band index) represents a low frequency basis function on the sphere. The basis function for band l will be a polynomial of order l in x, y, and z. The evaluation can be performed by a simple recurrence formula (for example, see Non-Patent Document 13 and Non-Patent Document 14).

【0038】射影と再構築:SH基底は正規直交なの
で、積分(領域支持ライティング基底関数(area-suppo
rted basis function))
Projection and reconstruction: Since the SH basis is orthonormal, the integral (area-supported lighting basis function (area-suppo
rted basis function))

【0039】[0039]

【数4】 [Equation 4]

【0040】を介して、S上に定義されたスカラー関数
fをその係数に射影することができる。
Via, the scalar function f defined on S can be projected onto its coefficients.

【0041】それらの係数は、n次の再構築関数The coefficients are the reconstruction functions of order n.

【0042】[0042]

【数5】 [Equation 5]

【0043】を提供し、これは、帯域数nが増加するの
につれてfへの近似の度合いが高まる。低周波信号は、
数個のSH帯域のみで正確に表すことができる。より高
い周波数の信号は、低次の射影によって帯域制限する
(すなわちエリアシングを生じさせずに滑らかにす
る)。
Which provides a greater degree of approximation to f as the number of bands n increases. The low frequency signal is
It can be accurately represented by only a few SH bands. Higher frequency signals are band limited (ie smooth without aliasing) by low order projections.

【0044】n次への射影にはn個の係数が必要であ
る。しばしば、1つずつインデックス付けされた射影係
数のベクトルと基底関数について、
Projecting to the nth order requires n 2 coefficients. Often, for vectors of projection coefficients and basis functions indexed one by one,

【0045】[0045]

【数6】 [Equation 6]

【0046】を介して式(2)を書き換えると利便であ
り、ここでi=l(l+1)+m+1である。この定式
化により、再構築関数のsにおける評価が、n成分の
係数ベクトルfと、評価された基底関数y(s)の
ベクトルとの単純なドット積を表すことが明白になる。
It is convenient to rewrite equation (2) via, where i = 1 (l + 1) + m + 1. This formulation makes it clear that the evaluation of the reconstruction function at s represents a simple dot product of the n 2 -component coefficient vector f i and the evaluated basis function y l (s) vector.

【0047】基本的性質:SH射影の性質の1つはその
回転不変性である。すなわち、QがS上における任意の
回転であるときにg(s)=f(Q(s))とすると、
Basic Property: One of the properties of SH projection is its rotation invariance. That is, if g (s) = f (Q (s)) when Q is an arbitrary rotation on S,

【0048】[0048]

【数7】 [Equation 7]

【0049】となる。It becomes

【0050】これは、1次元のフーリエ変換の推移不変
の性質に類似する。実際、この性質は、回転したサンプ
ル点セットにfからのサンプルを集め、射影し、そして
再度
This is similar to the transition-invariant property of the one-dimensional Fourier transform. In fact, this property collects, projects, and again samples from f into a rotated set of sample points.

【0051】[0051]

【数8】 [Equation 8]

【0052】回転する際に、SH射影によってエリアシ
ングアーチファクトが生じないことを意味する。
It means that SH projection does not cause aliasing artifacts when rotating.

【0053】SH基底が正規直交であることにより、S
に対して任意の2つの関数aおよびbが与えられたとき
に、それらの射影が
Since the SH basis is orthonormal, S
Given any two functions a and b for, their projections are

【0054】[0054]

【数9】 [Equation 9]

【0055】を満たすという有用な性質が得られる。す
なわち、帯域制限した関数の積の積分が、それら関数の
射影係数のドット積となる。
The useful property of satisfying is obtained. That is, the integral of the product of the band-limited functions becomes the dot product of the projection coefficients of those functions.

【0056】畳み込み:円対称の核関数h(z)への関
数fの畳み込みはhfと表される。上記の式(3)に
より、より次元が高い回転グループSOではなくSに結
果が定義されるように、hは円対称でなければならない
(そして、したがってsではなくzの単純な関数として
定義できる)ことに留意されたい。この畳み込みの射影
は、
Convolution: The convolution of the function f with the circularly symmetric kernel function h (z) is expressed as h * f. H must be circularly symmetric (and thus can be defined as a simple function of z rather than s) so that equation (3) above defines the result in S rather than in the higher order rotation group SO. ). The projection of this convolution is

【0057】[0057]

【数10】 [Equation 10]

【0058】を満たす。換言すると、射影された畳み込
みの係数は、単に個別に射影した関数のスケーリングし
た積になる。この性質は、h(z)=max(z,0)
と定義される半球コサイン核を環境マップに畳み込んで
放射照度マップを得るための高速の方式を提供する(例
えば、非特許文献12参照)。この場合、hの射影係数
は解析的な式を用いて得ることができる。畳み込みの性
質を使用して、より核が狭い予めフィルタリングされた
環境マップを得ることもできる。hはzを中心として円
対称なので、その射影係数はm=0のときのみ非ゼロに
なることに留意されたい。
Satisfies. In other words, the coefficients of the projected convolution are simply the scaled product of the individually projected functions. This property is h (z) = max (z, 0)
It provides a high-speed method for convolving a hemispherical cosine nucleus defined as to an environment map to obtain an irradiance map (see Non-Patent Document 12, for example). In this case, the projection coefficient of h can be obtained using an analytical formula. The nature of the convolution can also be used to obtain a narrower pre-filtered environment map. Note that h is circularly symmetric about z, so its projection coefficient is nonzero only when m = 0.

【0059】積の射影:aが分かっておりbが分かって
いない場合の球面関数c(s)=a(s)b(s)のペ
アの積の射影は、行列
Product projection: The projection of the product of the pair of spherical functions c (s) = a (s) b (s) when a is known and b is not known is a matrix

【0060】[0060]

【数11】 [Equation 11]

【0061】[0061]

【数12】 [Equation 12]

【0062】を介した射影係数bの線形変換と考える
ことができ、総和は複製されたjインデックスに示され
る。
It can be thought of as a linear transformation of the projection coefficient b j through, the summation being indicated in the duplicated j index.

【0063】[0063]

【数13】 [Equation 13]

【0064】は対称行列であることに留意されたい。Note that is a symmetric matrix.

【0065】回転:Q,Rotation: Q,

【0066】[0066]

【数14】 [Equation 14]

【0067】によって回転した再構築関数を、fの射影
係数fの線形変換を使用して射影することができる。
回転不変の性質により、この線形変換は各帯域の係数を
個別に扱う。最も効率的な実装は、かなり複雑な漸化式
を使用して回転Qのzyzオイラー角の分解を使用して
実現される(例えば、非特許文献13、非特許文献1
4、非特許文献15参照)。低次関数のみを扱う際は、
記号積分を使用してこれらの参考文献に記載される明白
な回転式を実装することができる。
The reconstruction function rotated by can be projected using a linear transformation of the projection coefficients f i of f.
Due to its rotation-invariant nature, this linear transform treats the coefficients in each band individually. The most efficient implementation is achieved using the zyz-Euler angle decomposition of the rotation Q using fairly complex recurrence formulas (eg, [13], [1]).
4, Non-Patent Document 15). When dealing with low-order functions only,
Symbolic integration can be used to implement the explicit rotation equations described in these references.

【0068】2.放射輝度の自己伝達 放射輝度の自己伝達は、オブジェクトOがどのようにそ
れ自体にシャドーを作り、光を散乱するかを要約する。
放射輝度の自己伝達は、SH基底を使用して、L
(s)と表される点p∈Oにおける入射ライティング
を初めにパラメータ化することによって表す。したがっ
て、入射ライティングはn個の係数のベクトル
(L)iとして表される。実際には、このライティン
グは、表面近くで、恐らくは単一の点のみで動的かつま
ばらにサンプリングすることができる。これは、O自体
の存在に起因しないO上のライティングの変動が小さい
ことを前提とする(セクション4.1「入射放射輝度フ
ィールドの空間サンプリング」を参照されたい)。放射
輝度の自己伝達は伝達ベクトルまたは行列として事前に
計算し、Oの上に高密度で格納しておくこともできる。
2. Radiance Self-Transmission Radiance self-transmission summarizes how an object O shadows itself and scatters light.
The radiance self-transfer is calculated using the SH basis as L
It is represented by first parameterizing the incident lighting at the point pεO denoted p (s). Therefore, the incident lighting is represented as a vector (L p ) i of n 2 coefficients. In practice, this lighting can be dynamically and sparsely sampled near the surface, perhaps with only a single point. This assumes small variations in lighting on O that are not due to the presence of O itself (see Section 4.1 "Spatial Sampling of the Incident Radiance Field"). The radiance self-transfer may be pre-computed as a transfer vector or matrix and stored densely on O.

【0069】伝達ベクトル(Mは拡散表面に使用
することができ、ライティングベクトルに対する線形変
換を表し、内積を介してL’と表すスカラー出射放射
輝度を生成する。
The transfer vector (M p ) i can be used for the diffusive surface and represents a linear transformation on the lighting vector, producing a scalar exit radiance denoted L ′ p via the dot product.

【0070】[0070]

【数15】 [Equation 15]

【0071】すなわち、(Mの各成分は、ライテ
ィング基底関数(Lがpでシェーディングに与え
る線形の影響を表す。
That is, each component of (M p ) i represents a linear effect of the lighting basis function (L p ) i on shading at p.

【0072】伝達行列(Mは光沢表面に用いるこ
とができ、ライティングベクトルに対する線形変換を表
し、この変換では、スカラーではなく伝達された放射輝
度L’(s)の球面関数全体の射影係数が得られる。
すなわち
The transfer matrix (M p ) y can be used for glossy surfaces and represents a linear transformation on the lighting vector, where the transformation of the entire spherical function of the transmitted radiance L ′ p (s) is not a scalar. The projection coefficient is obtained.
Ie

【0073】[0073]

【数16】 [Equation 16]

【0074】入射する放射輝度と伝達された放射輝度の
違いは、L’(s)はOの存在に起因するシャドーイ
ングと散乱の効果を含むのに対し、L(s)はOがシ
ーンから除去されたと仮定して入射ライティングを表す
点である。(Mの成分は、伝達された放射輝度
L’(s)のi番目の係数に対する入射放射輝度(L
)jのj番目のライティング係数の線形の影響を表
す。次のセクションでは、O上の自己散乱に起因する、
拡散表面の伝達ベクトルと光沢表面の伝達行列をどのよ
うに求めるかについて述べる。
Of incident and transmitted radiance
The difference is L ’p(S) is shadowy due to the presence of O
Including the effects of scattering and scattering, while Lp(S) is O
Represents the incident lighting assuming it has been removed from the scene
It is a point. (Mp)yIs the transmitted radiance
L ’pIncident radiance (L) for the i-th coefficient of (s)
p) Show the linear effect of the jth lighting coefficient of j
You In the next section, due to self-scattering on O,
What is the transfer vector of the diffusive surface and the transfer matrix of the glossy surface?
Describe how to ask.

【0075】2.1 拡散伝達 まずOが拡散性であると想定する。点p∈Oにおける最
も単純な伝達関数は、スカラー関数
2.1 Diffuse Transmission First, assume that O is diffusive. The simplest transfer function at the point pεO is a scalar function

【0076】[0076]

【数17】 [Equation 17]

【0077】として定義されるシャドーを付けない拡散
伝達を表し、これにより拡散表面に対するビュー角度に
よって変化しない出射放射輝度が得られる。ここで、ρ
はpにおけるオブジェクトのアルベドであり、L
Oがシーンから除去されたと仮定したpにおける入射放
射輝度であり、Nは、pにおけるオブジェクトの法線
であり、HNp(s)=max(N[k、0)はN
を中心としたコサインの重みを付けた半球核である。L
とHNpを個別にSH射影することにより、式(5)
ではTDUがそれらの係数ベクトルの内積になる。これ
によって得られる因数をここではライト関数Lおよび
伝達関数Mと呼ぶ。この最初の単純なケースでは、
Represents the unshadowed diffuse transfer, defined as, which results in an exit radiance that does not change with the view angle with respect to the diffuse surface. Where ρ
p is the albedo of the object at p , L p is the incident radiance at p assuming O has been removed from the scene, N p is the normal of the object at p, and H Np (s) = max (N p [k, 0) is N p
Is a hemispherical nucleus with a cosine weight centered on. L
By separately projecting p and H Np by SH,
Then T DU is the dot product of those coefficient vectors. The factors obtained by this are called the light function L p and the transfer function M p here. In this first simple case,

【0078】[0078]

【数18】 [Equation 18]

【0079】となる。It becomes

【0080】Nが既知なので、伝達関数Since N p is known, the transfer function

【0081】[0081]

【数19】 [Formula 19]

【0082】のSH射影は事前に計算することができ、
この結果伝達ベクトルが得られる。実際、Nを与えら
れれば単純な解析式で伝達ベクトルが得られるので記憶
は不要である。
The SH projection of can be calculated in advance,
This results in a transfer vector. In fact, if N p is given, the transfer vector can be obtained by a simple analytic formula, so that no memory is required.

【0083】[0083]

【数20】 [Equation 20]

【0084】は本質的にローパスフィルタなので、二次
の射影(9つの係数)により、任意のライティング環境
(滑らかでなくとも)で良好な精度が得られる。
Since is essentially a low-pass filter, the quadratic projection (9 coefficients) provides good accuracy in any lighting environment (even if not smooth).

【0085】シャドーを含めるために、シャドーを付け
た拡散伝達を
Diffuse transfer with shadows to include shadows

【0086】[0086]

【数21】 [Equation 21]

【0087】と定義し、追加的な可視性関数V(s)
→{0,1}は、方向sへのpからの光線が再びOと交
差しない(すなわちシャドーができない)ときに1に等
しくなる。シャドーを付けない伝達と同様に、この積分
はLのSH射影と、伝達関数
And an additional visibility function V p (s)
→ {0,1} is equal to 1 when the ray from p in direction s does not intersect O again (ie cannot shadow). Similar to the unshadowed transfer, this integral is the SH projection of L p and the transfer function

【0088】[0088]

【数22】 [Equation 22]

【0089】を使用して2つの関数に分解することがで
きる。再びLとMを個別にSH射影することによ
り、TDS中の積分が係数ベクトルの内積になる。
Can be decomposed into two functions. By again SH projecting L p and M p separately, the integral in T DS becomes the dot product of the coefficient vectors.

【0090】この場合は伝達が重要である。放射輝度の
自己伝達は伝播シミュレータを使用して事前に計算し
(下記の「自己伝達の事前計算」のセクションで述べ
る)、その結果として得られる伝達ベクトル(M
をO上の多くの点pに格納しておくことができる。先の
場合と異なり、Vは例えば「ピンホール」に自らシャ
ドーを作るなどにより高周波数のライティングを局所的
に生成する可能性があるので、
In this case, communication is important. The radiance self-transfer is pre-computed using a propagation simulator (discussed in the "Pre-calculation of Self-Transfer" section below) and the resulting transfer vector (M p ) i
Can be stored at many points p on O. Unlike the previous case, V p may locally generate high frequency lighting, eg by shadowing itself in a “pinhole”.

【0091】[0091]

【数23】 [Equation 23]

【0092】の2次射影は滑らかなライティング環境に
も不正確になる可能性がある。4次または5次の射影を
使用すると、滑らかなライティング環境の通常のメッシ
ュで良好な結果が得られる。例えば、図9の拡散表面オ
ブジェクトのシャドーを付けない画像とシャドーを付け
た画像を比較されたい。
The quadratic projection of can be inaccurate even in a smooth lighting environment. Using 4th or 5th order projections gives good results with regular meshes in a smooth lighting environment. For example, compare the unshadowed and shadowed images of the diffuse surface object of FIG.

【0093】最後に、シャドーだけでなく拡散性の相互
反射(例えば図9の相互反射を付けた画像を参照)を取
り込むために、相互反射した拡散伝達を
Finally, in order to capture not only shadows but also diffuse interreflections (see, for example, the image with interreflections in FIG. 9), the inter-reflected diffuse transmission is taken into account.

【0094】[0094]

【数24】 [Equation 24]

【0095】と定義することができ、Can be defined as

【0096】[0096]

【数25】 [Equation 25]

【0097】は方向sにおけるO自体からの放射輝度で
ある。問題点は、
Is the radiance from O itself in direction s. The problem is

【0098】[0098]

【数26】 [Equation 26]

【0099】はpから任意の距離にある点の出射放射輝
度によって決まり、またO上で局所的なライティングが
変動するので、入射放射輝度が無限遠の光源から発され
ない限り、pだけで入射放射輝度を与えられても放射輝
Is determined by the outgoing radiance at a point at an arbitrary distance from p, and because the local lighting fluctuates on O, unless the incident radiance is emitted from a light source at infinity, the incident radiance at p alone Radiance even if given brightness

【0100】[0100]

【数27】 [Equation 27]

【0101】が分からないことである。O上でライティ
ングの変動が小さい場合は、Oが至るところでLによ
って照らされているかのように
Is that I do not understand. If the variation of the lighting on O is small, it is as if O is illuminated by L p everywhere.

【0102】[0102]

【数28】 [Equation 28]

【0103】に非常に近似する。したがって、TDI
に線形に依存し、先の2つの事例と同様に、2つの
射影した関数、すなわち光に依存する関数とジオメトリ
に依存する関数の積に因数分解することができる。
It is very close to Therefore, T DI depends linearly on L p and can be factored into a product of two projected functions, a light dependent function and a geometry dependent function, as in the previous two cases.

【0104】事前に計算される相互反射には、O上の入
射ライティングが空間的に変化しないことを前提としな
ければならないが、より単純なシャドー付きの伝達には
この前提は必要でない。この違いは、シャドー付きの伝
達がpにおける入射ライティングだけに依存するのに対
して、相互反射した伝達はL≠LであるO上の多く
の点q≠pに依存する点である。したがって、入射放射
輝度フィールドを十分に細かくサンプリングするのであ
れば(下記の「入射放射輝度フィールドの空間的サンプ
リング」のセクションで述べる)、局所的なライティン
グの変動を取り込むことができ、シャドーの付いた伝達
が正確なものになる。
Pre-computed interreflections must assume that the incident lighting on O does not change spatially, but for simpler shadowed transmission this assumption is not necessary. The difference is that the shadowed transfer depends only on the incident lighting at p, while the inter-reflected transfer depends on many points q ≠ p on O where L q ≠ L p . Therefore, if the incident radiance field is sampled sufficiently finely (discussed in the "Spatial Sampling of the Incident Radiance Field" section below), local lighting variations can be captured and shadowed. The transmission will be accurate.

【0105】[0105]

【数29】 [Equation 29]

【0106】が存在すると、相互反射の伝達関数In the presence of, the transfer function of interreflection

【0107】[0107]

【数30】 [Equation 30]

【0108】を明示的に表すことが難しくなる。下記の
「自己伝達の事前計算」のセクションでは、その射影係
数を数的に計算する方法について述べる。
It becomes difficult to express explicitly. The section "Precalculation of Self-Transmission" below describes how to calculate its projection coefficients numerically.

【0109】2.2 光沢伝達 光沢のあるオブジェクトの自己伝達は同様に定義するこ
とができるが、核関数を一般化して(固定の)法線Nで
はなく反射方向Rに依存する(ビューに依存する)よう
にする。先のH核と同様に、放射輝度の自己伝達は光沢
性の反射を核G(s,R,r)とモデル化することがで
き、スカラーrは鏡面反応の「光沢度」あるいは広さを
定義する。
2.2 Gloss transfer Self transfer of a glossy object can be defined in a similar way, but generalizes the kernel function to depend on the reflection direction R rather than the (fixed) normal N (view dependent). Do). Similar to the H nucleus above, the radiance self-transfer can model the glossy reflection as the nucleus G (s, R, r), and the scalar r is the "gloss" or extent of the specular response. Define.

【0110】シャドーを付けない場合、シャドーを付け
る場合、および相互反射する場合の類似する3つの光沢
伝達関数を
Three similar gloss transfer functions, with and without shadowing, and with shadowing, are given below.

【0111】[0111]

【数31】 [Equation 31]

【0112】と定義することができ、これらは、事前計
算時にはどちらも未知の数量であるL とRの関数とし
て方向Rのスカラー放射輝度を出力する。伝達はもはや
単にsの関数ではないので、SH係数の単純なベクトル
に置き換えることはできない。
Can be defined as
L is an unknown quantity when calculating pAnd as a function of R
And outputs a scalar radiance in the direction R. Transmission is no longer
Since it is not just a function of s, a simple vector of SH coefficients
Cannot be replaced with.

【0113】スカラー伝達をRおよびrでパラメータ化
する代わりに、より有用な分解は、入射放射輝度L
(s)を、L’(s)と表す伝達される放射輝度の
球面全体に伝達するものである。光沢の核GがRを中心
として円対称であるとすると、L’(s)にG’
(z)=G(s,(0,0,1),r)を畳み込み、
Rで評価して最終的な結果を得ることができる。
Instead of parameterizing the scalar transfer with R and r, a more useful decomposition is the incident radiance L
p (s) is transmitted over the entire spherical surface of the transmitted radiance represented by L' p (s). Assuming that the gloss nucleus G is circularly symmetric with respect to R, G'in L' p (s)
convolve r (z) = G (s, (0,0,1), r),
It can be evaluated with R to get the final result.

【0114】今度はL’への伝達をベクトルではなく
行列として表す。例えば、光沢のシャドー付きの伝達は
We now represent the transfer to L' p as a matrix rather than a vector. For example, a glossy shadowed transmission

【0115】[0115]

【数32】 [Equation 32]

【0116】と定義することができ、これは、そのSH
射影を式(7)を介して対称行列
Can be defined as, which is its SH
The projection is a symmetric matrix via Eq. (7)

【0117】[0117]

【数33】 [Expression 33]

【0118】として表すことのできるLに対する線形
オペレータである。非常に滑らかなライティングの場合
でも、Oの光沢度が増すのに従ってより多くのSH帯域
Is a linear operator for L p that can be expressed as Even with very smooth lighting, more SH bands are added as the glossiness of O increases.

【0119】[0119]

【数34】 [Equation 34]

【0120】に使用し、そのような条件下では、低周波
数のライティングをより高い周波数の伝達放射輝度に写
像する非正方行列(例えば25×9)が有用である。
For such conditions, a non-square matrix (eg 25 × 9) useful for mapping low frequency lighting to higher frequency transfer radiance is useful under such conditions.

【0121】事前に計算する放射輝度の自己伝達の制限
で重要なのは、TDIおよびTGIにおける相互反射に
影響するOの材料特性(アルベドや光沢度など)が、前
処理された伝達に「焼きこまれ(baked in)」、実行時
に変えることができない点である。これに対して、相互
反射のないより単純なシャドー付きの伝達では、O上で
の材料特性の実行時の変更および/または空間的変動が
可能である。障害物または光源がOの凸包に入ると誤差
が生じる。Oは剛体として移動することしかできず、あ
る構成要素を全体に相対的に変形または移動することは
できない。また、正確な相互反射にはO上のライティン
グの変動が低いことが必要であるという前提を思い出さ
れたい。
Important in limiting the pre-calculated radiance self-transfer is that the material properties of O (such as albedo and gloss) that affect interreflection in T DI and T GI are "burned" in the pre-processed transfer. "Baked in", a point that cannot be changed at run time. In contrast, simpler shadowed transmissions without interreflections allow run-time modification and / or spatial variation of material properties on O. An error occurs when an obstacle or light source enters the O convex hull. O can only move as a rigid body, and cannot deform or move a component as a whole. Also, recall the premise that accurate variation in lighting on O is required for accurate interreflection.

【0122】最後に、上記で定義した拡散伝達は、すで
にコサインの重みを付けた法線の半球を畳み込んである
ので表面を離れた後の放射輝度を生成するのに対し、光
沢伝達は表面に入射する放射輝度を生成し、局所的なB
RDFを畳み込んで最終的な出射放射輝度を得ることに
留意されたい。また、光沢のあるOには固定されたBR
DFを焼きこんでおき、実行時のGの畳み込みを不要に
し、しかし柔軟性を限定することも可能である。
Finally, the diffuse transfer defined above produces a radiance after leaving the surface since the convolution of the cosine-weighted normal hemisphere already produces the radiance, whereas the gloss transfer does not. Produces a radiance incident on a local B
Note that the RDF is convolved to get the final exit radiance. In addition, BR which is fixed to glossy O
It is also possible to burn in the DF and eliminate the G convolution at runtime, but with limited flexibility.

【0123】図9は、光沢表面オブジェクトのシャドー
を付けない画像、シャドーを付けた画像、および相互反
射させた画像を示す。
FIG. 9 shows a non-shadowed image, a shadowed image, and an inter-reflected image of a glossy surface object.

【0124】3.自己伝達の事前計算 次いで図2を参照すると、イルミネーションシミュレー
タ120(図1)は、放射体(emitter)としての無限
球(シミュレーションのための「基準ライティング環
境」)にSH基底を使用してオブジェクトOに行うグロ
ーバルイルミネーションシミュレーション200で、モ
デリングされたオブジェクトの放射輝度の自己伝達を事
前に計算する(「自己伝達の事前計算」とも称する)。
このシミュレーションは、入射光Lの未知の球面のn次
のSH射影によって、すなわちn個の未知の係数L
によってパラメータ化する。シミュレーション結果は、
SH基底関数y(s)を放射体として用いてLごと
に個別に計算することができるが、一度にすべてを計算
するほうが効率的である。基準ライティング環境(無限
遠の球面L)は、実行時にO周囲の実際の入射放射輝度
に置き換える。
3. Pre-Calculation of Self-Transmission Referring now to FIG. 2, the illumination simulator 120 (FIG. 1) uses the SH basis for an infinite sphere (“reference lighting environment” for the simulation) as an emitter, the object O In the global illumination simulation 200 performed in step 1, the self-transfer of the radiance of the modeled object is calculated in advance (also referred to as “pre-calculation of self-transfer”).
This simulation is based on the nth-order SH projection of the unknown spherical surface of the incident light L, that is, n 2 unknown coefficients L i
Parameterize by. The simulation result is
Although the SH basis functions y i (s) can be used as radiators and can be calculated individually for each L i , it is more efficient to calculate them all at once. The reference lighting environment (sphere L at infinity) is replaced at runtime with the actual incident radiance L p around O.

【0125】シミュレーション200は、Lを発し直接
サンプル点p∈Oに到達する経路からの直接のシャドー
をシミュレートするパス(「シャドーパス」202)か
ら開始する。続くパス(「相互反射パス」204)では
相互反射が追加され、pに達する前に複数回Oからはね
返ったLからの経路(Lp、LDp、LDDpなど)を
表す。各パスで、p表面上のすべてのサンプル点にエネ
ルギーが集められる。大きな放射体(すなわち低周波数
のSH基底)では、エネルギーの集約がシューティング
式の更新よりも効率的になる。
The simulation 200 starts with a path ("shadow path" 202) that simulates a direct shadow from the path issuing L and directly reaching the sample point pεO. Subsequent passes (“inter-reflective passes” 204) add inter-reflective and represent paths (Lp, LDp, LDDp, etc.) from L that bounced off O multiple times before reaching p. In each pass, energy is collected at every sample point on the p surface. For large radiators (ie, low frequency SH basis), energy aggregation is more efficient than shooting updates.

【0126】サンプル点p∈Oにおける方向の球面を取
り込むために、シミュレーションでは大きな(10k〜
30k)の準ランダムな方向の集合
In order to capture the sphere in the direction at the sample point pεO, the simulation is large (10 k
30k) quasi-random direction set

【0127】[0127]

【数35】 [Equation 35]

【0128】を生成する。シミュレーションでは、各方
向sにおけるすべてのSH基底関数の評価も事前に計
算する。方向sは、最初の20面体を1→2の二等分
で精製して等面積の球面三角形にすることによって形成
される階層ビンに編成する(球面上では1→4の細分で
平面の場合のように等面積の三角形を得ることができな
い)シミュレーションでは6〜8の細分レベルを使用
し、512〜2048個のビン(bins)を生成する。階
層の各レベルにあるビンはいずれもsのリストを含
む。
Is generated. The simulation also pre-computes the evaluation of all SH basis functions in each direction s d . The direction s d is organized into hierarchical bins formed by refining the first icosahedron in 1 → 2 halves into spherical triangles of equal area (on a sphere, 1 → 4 subdivisions of a plane A simulation cannot use equal area triangles as in the case) and uses 6-8 subdivision levels to generate 512-2048 bins. Every bin at each level of the hierarchy contains a list of s d .

【0129】最初のパスすなわちシャドーパス202
で、シミュレーション200は、各p∈Oについて、オ
ブジェクトによってセルフオクルージョンの生じる(se
lf-occlude)点pからの方向にタグを付ける(21
1)。シミュレーションは、階層を使用して半球の外側
にある方向を排除(cull)して、pの法線Nを中心と
する半球中にシャドーレイを投影する。シミュレーショ
ンでは、オクルージョンビットを有する各方向sすな
わち1−V(s)にタグを付け、sが半球内にあ
り、再度Oと交差する(すなわちO自身によってシャド
ーができる)かどうかを示す。オクルージョンビットは
階層ビンとも関連付けられており、ビン内にオクルージ
ョンの生じるsがあるかどうかを示す。セルフオクル
ージョンがある方向とビンは、それらに対してさらなる
相互反射パスを行えるようにタグ付けし、全くオクルー
ジョンがないビン/サンプルは環境からの直接光だけを
受ける。
First pass or shadow pass 202
Then, the simulation 200 shows that for each pεO, self-occlusion occurs by the object (se
lf-occlude) Tag in the direction from point p (21
1). The simulation uses hierarchies to cull directions that are outside the hemisphere and project shadow rays into the hemisphere centered about the normal N p of p . The simulation tags each direction s d with occlusion bits, ie 1-V p (s d ), and sees if s d is in the hemisphere and intersects O again (ie O can shadow itself). Show. The occlusion bit is also associated with a hierarchical bin and indicates whether there is an occlusion-occurring s d within the bin. Directions and bins with self-occlusion are tagged so that they can undergo further inter-reflection paths, bins / samples without any occlusion receive only direct light from the environment.

【0130】次いで、212でシミュレーション200
は点pの伝達放射輝度を積分する。拡散表面について
は、シミュレーションは、点p∈Oごとに式(10)の
のSH射影によりさらに伝達ベクトルを計算する。
光沢表面には、シミュレーションは式(11)のM
SH射影によって伝達行列を計算する。いずれの場合
も、結果は、pで集められLでパラメータ化された放射
輝度を表す。伝達を計算するためのSH射影を方向サン
プルsに対する数値積分により行い、この合計は次の
規則を使用して蓄積された伝達となる。
Then, the simulation 200 is performed at 212.
Integrates the transmitted radiance at point p. For diffusive surfaces, the simulation further computes the transfer vector by SH projection of M p in equation (10) for each point pεO.
For glossy surfaces, the simulation computes the transfer matrix by SH projection of M p in equation (11). In each case, the results represent the radiance collected in p and parameterized in L. The SH projection to compute the transfer is done by numerical integration on the direction samples s d , the sum of which is the transfer accumulated using the following rules.

【0131】[0131]

【表1】 [Table 1]

【0132】上付文字0は反復回数を表す。各点pのベ
クトルMまたは行列Mはシャドーパスの前に0に初
期化し、シャドーパスではすべてのpにおいてすべての
を合計する。この規則は、拡散伝達積分の式(1)
と光沢伝達積分の式(7)を使用して得られる。
The superscript 0 represents the number of repetitions. The vector M p or matrix M p at each point p is initialized to 0 before the shadow pass, where the shadow pass sums all s d at all p. This rule is based on the equation (1) of diffusion transfer integral.
And gloss transfer integral (7).

【0133】図7も参照すると、後の相互反射パス20
4ではシャドーパスでオクルージョンビットがセットさ
れたビンをトラバースして、今度は221で相互反射伝
達を積分する。シャドーレイの代わりに、シミュレーシ
ョンでは出射照明からの伝達を戻す光線をOに当てる。
光線(p、s)が別の点q∈Oと交差する(qはpに
最も近い)場合は、qから方向−sに出射する放射輝
度をサンプリングする。次の更新規則を使用し、この中
で下付文字bははね返りパスの反復回数である。
Referring also to FIG. 7, a subsequent interreflection path 20.
At 4, the bin with the occlusion bit set is traversed in the shadow pass, and at 221 the inter-reflection transfer is integrated. Instead of a shadow ray, the simulation impinges on O a ray that returns the transmission from the exit illumination.
If the ray (p, s d ) intersects another point qεO (q is closest to p), sample the radiance exiting from q in the direction −s d . The following update rule is used, in which the subscript b is the number of rebound pass iterations.

【0134】[0134]

【表2】 [Table 2]

【0135】シャドーパス202と同様に、相互反射パ
ス204は、方向sにわたって伝達を累積する前に伝
達ベクトルまたは行列を0に初期化することによって開
始する。拡散の規則は、TDIの定義と式(1)から得
られ、光沢の規則はTGIの規則と式(6)および
(7)から得られる。光沢伝達の定義中の真中の因数
は、1つ前のはね返りパスb−1のqから発しpに戻る
放射輝度を表す。Mは入射する放射輝度を格納するの
で、それにqにおけるOのBRDFを畳み込んで
Similar to shadow path 202, interreflection path 204 begins by initializing the transfer vector or matrix to 0 before accumulating the transfer over direction s d . The diffusion rule is obtained from the definition of T DI and equation (1), and the gloss rule is obtained from the T GI rule and equations (6) and (7). The middle factor in the definition of gloss transfer represents the radiance emanating from q of the previous bounce path b-1 and returning to p. Since M q stores the incident radiance, convolve it with the BRDF of O at q

【0136】[0136]

【数36】 [Equation 36]

【0137】の方向への出射放射輝度を得、kにわたる
総和を得なければならない。aは、1つずつインデッ
クス付けされた表記法で表されるk番目の畳み込み係数
であることを思い出されたい。「reflect」オペ
レータは、単に、その最初のベクトル引数をその2番目
のベクトル引数について反映させる。式(7)は、(M
は2つの球面関数の積によって形成されるのでシ
ャドーを付けた光沢のある伝達の対称行列となることを
意味することに注意されたい。これは、相互反射した光
沢のある伝達には当てはまらない。
Obtain the outgoing radiance in the direction of, over k
You have to get the sum. akIndex one by one
K-th convolution factor represented by the notation
I want you to remember. "Reflect" operation
The lator simply passes its first vector argument to its second
Reflect the vector argument of. Equation (7) is (M
p)yIs formed by the product of two spherical functions,
It becomes a symmetric matrix of glossy transfer with shadow
Note that it means. This is the inter-reflected light
It does not apply to rich communication.

【0138】230に示すように、相互反射パス204
は、所与のパスの合計エネルギーが重要な閾値を下回る
などの終了条件が満たされるまで反復される。標準的な
マテリアルでは相互反射はかなり急速に減少する。すべ
てのはね返りパスからの伝達の合計が相互反射に相当す
る。
As shown at 230, the interreflection path 204
Is repeated until a termination condition is met, such as the total energy of a given path falling below a critical threshold. Interreflections decrease fairly rapidly with standard materials. The sum of the transmissions from all the bounce paths corresponds to interreflection.

【0139】あるいは、このシミュレーションに単純な
強化を加えることによりO内の鏡様の表面が可能にな
る。このシミュレーションでは、そのような表面におけ
る伝達は記録しない。代わりに、鏡状の表面に当たる光
線は常に反射され、鏡状でない表面に達するまで伝播す
る。したがって、連続した反復における経路は(L
[S]*p、L[S]*D[S]*p、L[S]*D[S]
*D[S]*pなど)と表すことができ、Dは拡散性また
は光沢性のはね返りであり、Sは鏡面のはね返りであ
る。これにより、ライティングの変化に動的に反応する
拡散性または光沢の対象物へのコースティック(causti
c)が取り込まれる。
Alternatively, a simple enhancement to this simulation enables a mirror-like surface in O. The simulation does not record the transmission at such surfaces. Instead, light rays striking the mirror-like surface are always reflected and propagate until they reach the non-mirror-like surface. Therefore, the path in successive iterations is (L
[S] * p, L [S] * D [S] * p, L [S] * D [S]
* D [S] * p, etc., where D is the diffusive or glossy bounce and S is the mirror bounce. This allows caustic (causti) for diffusive or glossy objects that respond dynamically to changes in lighting.
c) is captured.

【0140】4.放射輝度伝達の実行時レンダリング 上述のシミュレーション200(図2)は、ベクトルま
たは行列として表されるオブジェクト表面上の多数の点
pにおける放射輝度の伝達を取り込んだモデルを提供す
る。次いで図3を参照すると、リアルタイム画像レンダ
リングエンジン140(図1)は実行時手順300でこ
のモデルを使用して、オブジェクトのリアルタイムの画
像レンダリング時に、選択されたライティング環境とビ
ュー方向でオブジェクトの自己伝達放射輝度を計算す
る。図4および図5はそれぞれ、拡散表面と光沢表面に
ついての実行時手順300による処理の流れを表す。
4. Run-time Rendering of Radiance Transfer The simulation 200 (FIG. 2) described above provides a model that incorporates the transfer of radiance at a number of points p on the object surface represented as a vector or matrix. Referring now to FIG. 3, the real-time image rendering engine 140 (FIG. 1) uses this model in the runtime procedure 300 to render the object's self-communication in the selected lighting environment and view direction during real-time image rendering of the object. Calculate the radiance. 4 and 5 show the process flow of the run-time procedure 300 for diffuse and glossy surfaces, respectively.

【0141】手順300で、レンダリングエンジン14
0は次の動作を実行時に行う。310で、Oに近い1つ
または複数のサンプル点Pにおける入射ライティング
{L pi}をSH基底について計算する。320でその
PiをOの座標枠に合わせて回転し、それらをブレン
ドして(下記参照)O上の入射ライティングLのフィ
ールドを得る。330〜390で、O上の各点pで(L
に線形変換を行って出射放射輝度を得る。この線
形変換は、アクション350の拡散表面(式(8))の
(Mp)iとのドット積か、またはアクション360の
光沢表面(式(9))の(Mijとの行列ベクトル
乗算である。光沢表面にはさらにアクション370およ
び380があり、ここで乗算360によって得られる放
射輝度ベクトルにpにおけるOのBRDFを畳み込み、
ビューに依存する反射方向Rで評価する。
In step 300, the rendering engine 14
0 performs the following operation at the time of execution. At 310, one close to O
Or multiple sample points PiIncident lighting at
{L pi} For the SH basis. 320 at that
LPiRotate to fit the O coordinate frame and blend them
(See below) Incident lighting L on OpThe fi
Get the field. 330-390, at each point p on O (L
p)iThe output radiance is obtained by performing a linear transformation on. This line
The shape conversion is based on the diffusion surface of the action 350 (equation (8)).
(Mp) i dot product or action 360
(M on the glossy surface (formula (9))p)ijMatrix vector of and
It is multiplication. Further action 370 and glossy surface
And 380, where the release obtained by multiplication 360
Convolve the BRDF of O at p with the radiance vector,
Evaluate in the view-dependent reflection direction R.

【0142】アクション310のために、レンダリング
エンジン140は、選択されたライティング環境の入射
ライティングの表現として、事前に計算した環境マップ
をロードする、ソフトウェアで分析的ライティングモデ
ルを評価する、あるいはグラフィックハードウェアを用
いて放射輝度をサンプリングすることができる。アクシ
ョン320の回転についてはセクション1の「球面調和
関数の概略」で概説しており、これは点pごとではなく
1つのオブジェクトにつき1回行われる。この回転を行
うのは、伝達がOについての共通の座標系を使用して記
憶されるためである。Oが剛体として動いている場合
は、Oの多数の伝達関数を回転するよりも、Oと整合す
るようにLpi中の数個の放射輝度サンプルを回転する
方が効率的である。
For action 310, rendering engine 140 loads a precomputed environment map, evaluates an analytical lighting model in software, or graphics hardware as a representation of the incident lighting of the selected lighting environment. Can be used to sample the radiance. The rotation of action 320 is outlined in Section 1, “Spherical Harmonics Overview”, which is done once per object, not per point p. This rotation is done because the transmission is stored using a common coordinate system for O. If O is moving as a rigid body, it is more efficient to rotate a few radiance samples in L pi to match O than to rotate multiple transfer functions of O.

【0143】拡散表面の場合、アクション350の単純
な実装は、頂点ごとに伝達ベクトルを格納し、頂点シェ
ーダでドット積を行うものである。伝達ベクトルは頂点
ごとに格納するのではなくテクスチャマップに格納し、
ピクセルシェーダを使用して評価することもできる。こ
れらの係数は常に[−1,1]の範囲にあるとは限らな
い符号付きの数量なので、[−8、8]というより広い
範囲を提供するDirectX8.1ピクセルシェーダ
(V1.4)またはそれらに相当するOpenGL(拡
張はATIによる)を使用することができる。一実装で
は、ピクセルシェーダはドット積を実行するのに8命令
しか必要とせず、Lの射影係数を定数レジスタに格納
する。
For a diffuse surface, a simple implementation of action 350 is to store the transfer vector for each vertex and do the dot product in the vertex shader. The transfer vector is stored in the texture map instead of storing it for each vertex,
It can also be evaluated using a pixel shader. These coefficients are signed quantities that are not always in the range [-1,1], so DirectX 8.1 pixel shaders (V1.4) or those that provide a wider range of [-8,8] Corresponding to OpenGL (extension is by ATI) can be used. In one implementation, the pixel shader requires only eight instructions to perform the dot product and stores the projection coefficient of L p in a constant register.

【0144】色を付けた環境またはOでのカラーブリー
ディングのシミュレーションには3回のパスを行い、各
パスでr、g、およびbチャネルに個別のドット積を行
う。それ以外の場合は1回のパスで十分である。
Simulations of color bleeding in a colored environment or O are done in three passes, each pass with a separate dot product for the r, g, and b channels. Otherwise, one pass is sufficient.

【0145】光沢の自己伝達の場合は、伝達行列が現在
の頂点シェーダまたはピクセルシェーダのどちらで操作
するにも大きすぎる可能性があるので、式(9)の行列
変換をソフトウェアで行うことができる。この結果は
(L’、すなわちO上の点pにおける伝達放射輝
度のSH係数になる。そしてピクセルシェーダで、G*
の単純な余弦べき乗(Phongローブ)の核を用いて
畳み込み370を行い、結果を反射方向Rで評価するこ
とができる。この結果は
For gloss self-propagation, the matrix transformation of equation (9) can be done in software, because the transfer matrix may be too large to operate in either the current vertex shader or the pixel shader. . The result is (L ' p ) i , the SH coefficient of the transmitted radiance at point p on O. And in the pixel shader, G *
The convolution 370 can be performed using the simple cosine power of (Phong lobe) kernel and the result evaluated in the reflection direction R. This result is

【0146】[0146]

【数37】 [Equation 37]

【0147】と書くことができる。現在のグラフィック
ハードウェアでは5次までのSH射影を評価することが
できる。
Can be written as Current graphics hardware can evaluate SH projections up to the fifth order.

【0148】4.1 入射放射輝度フィールドの空間サ
ンプリング 入射放射輝度を動的にサンプリングするための単純かつ
有用なアプローチは、Oの中心点で入射放射輝度をサン
プリングするものである。O上の局所的なライティング
の変動に対処するために、より精密な技術では複数の点
で入射ライティングをサンプリングする。望ましい数の
点を入力として与えられた場合に、ICP(反復最近傍
点)アルゴリズムを使用して適切なサンプル点のセット
を前処理として得ることができる(例えば、非特許文献
16参照)。これにより、入射ライティングを実行時に
サンプリングできるOに近くO上に均一に分散した点P
の代表的なセットが生成される。レンダリングエンジ
ン140は、結果得られるサンプリングされた放射輝度
の各球面Lpiからの寄与をブレンドするO上の各点p
における係数を事前に計算して、上でLと表したO上
の入射放射輝度フィールドを得ることもできる。
4.1 Spatial Sampling of the Incident Radiance Field A simple and useful approach to dynamically sample the incident radiance is to sample the incident radiance at the center point of O. To address local lighting variations on O, more sophisticated techniques sample the incident lighting at multiple points. Given a desired number of points as inputs, an ICP (Iterative Nearest Neighbor) algorithm can be used to obtain a suitable set of sample points as pre-processing (see, eg, Non-Patent Document 16). As a result, the points P that are uniformly distributed on O are close to O at which the incident lighting can be sampled at execution
A representative set of i is generated. The rendering engine 140 blends the contributions from each sphere Lpi of the resulting sampled radiance with each point p on O blending.
It is also possible to pre-calculate the coefficients at to obtain the incident radiance field on O, denoted L p above.

【0149】図11は、単一の点、ICP点、および複
数のサンプルにおける入射放射輝度のサンプリングと、
図3の実行時手順300を使用したレンダリングから得
られる画像を表す。
FIG. 11 shows a sampling of the incident radiance at a single point, an ICP point, and multiple samples,
5 represents an image resulting from rendering using the runtime procedure 300 of FIG.

【0150】4.2 グラフィックハードウェアによる
SH放射輝度のサンプリング グラフィックハードウェアは、動的なシーンで放射輝度
サンプル{LPi}を取り込むのに有用である。これを
行うには、キューブマップの球面パラメータ化の6面に
対応する各Pから6つの画像をレンダリングする。O
自体はそのレンダリングから除去しなければならない。
次いで式(1)の積分を使用してキューブマップ画像を
各自のSH係数に射影する。
4.2 SH Radiance Sampling by Graphics Hardware Graphics hardware is useful for capturing radiance samples {L Pi } in dynamic scenes. To do this, we render 6 images from each P i that correspond to the 6 faces of the sphere parameterization of the cubemap. O
Itself must be removed from the rendering.
The cubemap image is then projected onto their SH coefficient using the integral of equation (1).

【0151】効率面から、それぞれsのキューブマップ
のパラメータ化に対して評価した差分立体角で重みを付
けた基底関数についてテクスチャを事前に計算しておく
From the viewpoint of efficiency, textures are calculated in advance for the basis functions weighted by the difference solid angles evaluated for the parameterization of the cube map of s.

【0152】[0152]

【数38】 [Equation 38]

【0153】。すると、この結果得られる積分は、取り
込まれたL(s)のサンプルとテクスチャ
.. The resulting integral is then the sample of the captured L p (s) and the texture

【0154】[0154]

【数39】 [Formula 39]

【0155】の単純なドット積になる。It is a simple dot product of

【0156】この計算はグラフィックハードウェアで行
うのが理想的である。あるいは、精度の問題と、ハード
ウェアでは内積を行うことができないことから、サンプ
リングした放射輝度画像を読み戻し、ソフトウェアで射
影してもよい。この場合は読み戻す画像の解像度を可能
な限り下げると有用である。
Ideally, this calculation is done in graphics hardware. Alternatively, because of the problem of accuracy and the fact that the inner product cannot be performed by hardware, the sampled radiance image may be read back and projected by software. In this case, it is useful to reduce the resolution of the image to be read back as much as possible.

【0157】低次のSH射影は、適切に帯域制限されて
いることを前提として非常に低解像度のキューブマップ
を用いて計算することができる。例えば、すでに6次に
帯域制限された球面信号は64×4の画像を使用して射
影することができ、べき乗単位信号(すなわち球面上で
の積分平方が1である信号)を想定することによって誤
差を正規化した場合、平均ケースの二乗誤差が約0.3
%、最悪ケースの二乗誤差が約1%である。(より正確
には、平均ケースの誤差は、すべてのべき乗単位信号
(unit-power signal)にわたって平均した基準信号と
再構築信号との積分した二乗差である。最悪ケースの誤
差はそれと同じ積分誤差であるが、最悪ケースのべき乗
単位信号についての誤差である)6×8×8のマップで
は、この誤差は平均で0.003%、最悪ケースで0.
02%に低下する。不都合なのは、典型的な信号は球形
に帯域制限されないことである。別の分析によると、サ
ンプリングした2D画像に対する連続的な双一次の再構
築を想定すると、6×8×8の画像を使用した6次への
射影では平均ケースの二乗誤差が0.7%、最悪ケース
の誤差が2%であり、6×16×16の画像ではそれぞ
れ0.2%と0.5%の誤差となる。
The low-order SH projections can be calculated using a very low resolution cubemap, provided that they are properly bandlimited. For example, a 6th order band-limited sphere signal can be projected using a 64x4 image, by assuming a power unit signal (ie, a signal whose integral square on the sphere is 1). If the error is normalized, the squared error of the average case is about 0.3.
%, The worst case squared error is about 1%. (More precisely, the mean-case error is the integrated squared difference between the reference signal and the reconstructed signal averaged over all power-unit signals. The worst-case error is the same integral error. However, for a 6 × 8 × 8 map, this error is 0.003% on average and 0.
It drops to 02%. The disadvantage is that typical signals are not band limited to a sphere. According to another analysis, assuming continuous bilinear reconstruction for sampled 2D images, projection to 6th order using 6x8x8 images has a mean-squared error of 0.7%, The worst case error is 2%, which is 0.2% and 0.5% for a 6 × 16 × 16 image, respectively.

【0158】例示的な実装ではハードウェアから6×1
6×16の画像を抽出する。点でサンプリングを行うレ
ンダリングで常にそうであるように、上述の分析では点
サンプルからの双一次の再構築を基準として使用するの
で、2D画像のエリアシングがなお問題となる。エリア
シングを軽減するために、キューブマップ画像を各次元
でスーパーサンプリング(例えば2倍)し、読み出しと
射影の前にボックスフィルタリングしたデシメーション
をハードウェアで行うことができる。同様に、前処理と
して基底関数テクスチャもスーパーサンプリングし、デ
シメーションすることができる。読み戻しとSH射影を
含む放射輝度サンプルの場合、この例示的な実装はAT
I Radeon8500搭載のPIII−933PC
で約1.16msを要する。
6 × 1 from the hardware in the exemplary implementation
Extract a 6x16 image. Aliasing of 2D images is still a problem, as the above analysis uses bilinear reconstruction from point samples as a reference, as is always the case with point-sampling rendering. To reduce aliasing, the cubemap image can be supersampled (eg, doubled) in each dimension, and box filtered decimation can be done in hardware prior to readout and projection. Similarly, as a preprocessing, the basis function texture can also be supersampled and decimated. For radiance samples including readback and SH projection, this exemplary implementation is AT
PIII-933PC with I Radeon 8500
It takes about 1.16 ms.

【0159】4.3 ボリュームモデルの自己伝達 ボリュームの自己伝達データには表面の場合と同じフレ
ームワークを使用する。これにより得られる事前計算モ
デルはライティングの実行時の変更を可能にし、任意の
低周波数ライティング環境で正確なシャドーイングと相
互反射が得られる。図12は、雲のモデルがどのように
それ自体にシャドーを作り、光を散乱するかを捉えるた
めに実行時手順300のボリューム自己伝達向けの変形
(以下に説明する)でボリュームでの自己伝達を使用し
た雲モデルの画像を表す。
4.3 Volume model self-propagation The same framework as for the surface is used for volume self-propagation data. The resulting precomputed model allows for runtime changes in lighting, resulting in accurate shadowing and interreflection in any low frequency lighting environment. FIG. 12 shows a self-transfer in a volume with a variation (discussed below) of the run-time procedure 300 for a volume self-transfer in order to capture how the cloud model shadows itself and scatters light. Represents an image of a cloud model using.

【0160】表面の伝達と同様に、前処理ステップでS
H基底関数を放射体として使用してボリュームへのライ
ティングをシミュレートする。相互反射のないシャドー
付きの伝達(すなわち直接シャドーイング)の場合、シ
ミュレータは、ボリュームを貫通するその経路によって
減衰される、放射体からボリュームのすべてのボクセル
pへのエネルギーを集める。方向sに必要な数値積分
Similar to surface transmission, in the preprocessing step S
Simulate lighting on a volume using the H basis function as a radiator. In the case of shadowed transmission without inter-reflections (ie direct shadowing), the simulator collects energy from the radiator to all voxels p of the volume that are attenuated by its path through the volume. The numerical integration required in the direction s d is

【0161】[0161]

【数40】 [Formula 40]

【0162】と表すことができ、Λ(p→q)は、pか
らqへの経路に沿ったボリュームの積分した減衰であ
り、Dは光線(p,s)がボリュームを出るまでの距
離である。相互反射を含めるために、シミュレーション
はあらゆるボクセルpをトラバースし、無作為の方向s
に沿ってその伝達を前方に散乱する。伝達は、規則
Where Λ (p → q) is the integrated attenuation of the volume along the path from p to q, and D is the distance the ray (p, s d ) leaves the volume. Is. To include interreflections, the simulation traverses every voxel p, with a random direction s
Scatter the transmission forward along d . Rules of communication

【0163】[0163]

【数41】 [Formula 41]

【0164】を使用して、ボリュームを出るまでs
沿ったすべてのボクセルqに置かれる。ボリュームによ
り多くのパスを行うと、さらに多くの間接的なはね返り
が生成される。
Place all voxels q along s d until the volume is exited using. The more passes a volume has, the more indirect bounces are created.

【0165】レンダリングは従来の方式で、すなわち透
明度を考慮するアルファブレンディングを使用して3D
ボリュームを貫通するスライスを後ろから前への順序で
描画することによって行う。各スライスは、伝達ベクト
ルのサンプルを含む2D画像である。ピクセルシェーダ
は、ライティングの係数と、各スライスに陰影を付ける
のに必要な伝達ベクトルとのドット積を計算する。
Rendering is done in the conventional manner, ie using alpha blending which takes transparency into account 3D
This is done by drawing slices through the volume in a back-to-front order. Each slice is a 2D image containing samples of the transfer vector. The pixel shader computes the dot product of the lighting coefficients and the transfer vector needed to shade each slice.

【0166】5.放射輝度の近傍伝達 近傍伝達では、パラメータ化された低周波数ライティン
グについて、オブジェクトOがそれに近接する環境に与
える影響を事前に計算する。図13は、シミュレーショ
ン200(図2)の近傍伝達向けの変形(以下で説明す
る)と実行時レンダリング手順300(図3)を用いて
捉えた、ハンググライダーが近接する凹凸のある地形に
ぼんやりしたシャドーを投じている画像を示す。伝播の
シミュレーションはセクション3「自己伝達の事前計
算」の自己伝達のシミュレーションと同じであるが、O
の上ではなくOを取り巻く3D空間内の点に行われる。
実行時にこのボリューム中に任意の対象物Rを配置し
て、事前にRを知らなくともOによってRの上に投じら
れるシャドー、反射、およびコースティックを捉えるこ
とができる。例えば、移動する乗り物Oが地面Rにシャ
ドーを投じることができる。投じられたシャドーとライ
ティングはライティングの変化にも反応する。例えば、
ライトを動かすとR上のぼんやりしたシャドーが移動す
る。これは、光沢のある伝達を考慮し、動的なライティ
ングを可能にすることにより放射照度ボリュームを一般
化する(例えば、非特許文献17参照)。
5. Proximity transfer of radiance Proximity transfer pre-computes the effect of object O on the environment in its vicinity for parameterized low frequency lighting. FIG. 13 blurs the rough terrain close to which the hang glider is captured, using a near-field transformation (described below) of the simulation 200 (FIG. 2) and a runtime rendering procedure 300 (FIG. 3). The image which casts the shadow is shown. The simulation of propagation is the same as the simulation of self-communication in Section 3, "Precalculation of Self-communication,"
Not at the top, but at a point in 3D space surrounding O.
At run time, any object R can be placed in this volume to capture shadows, reflections, and caustics cast on it by O without knowing it in advance. For example, a moving vehicle O can cast a shadow on the ground R. The thrown shadow and lighting also react to changes in lighting. For example,
Moving the light moves the hazy shadow on R. This generalizes the irradiance volume by allowing for dynamic lighting, taking into account glossy transmissions (see, for example, Non-Patent Document 17).

【0167】Rは事前計算のステップでは未知なので、
Oの近傍ボリュームは、ベクトルではなく伝達行列を格
納する。Rの法線が事前に分からないので、これは拡散
対象物にも当てはまる。
Since R is unknown in the step of pre-computation,
The neighborhood volume of O stores the transfer matrix rather than the vector. This also applies to diffuse objects, since the normal of R is not known in advance.

【0168】一実装では、シミュレータは、Oの周囲の
単純な3Dグリッド内の各点における伝達行列Mを事
前に計算しておく。実行時にレンダリングエンジンはボ
リューム中の各点で式(9)の行列変換をソフトウェア
で実行し、結果をグラフィックハードウェアにアップロ
ードする。この結果は、伝達された放射輝度(L’
の係数を含むボリュームテクスチャであり、これをRに
適用する。
In one implementation, the simulator precomputes the transfer matrix M p at each point in a simple 3D grid around O. At run time, the rendering engine performs the matrix transformation of equation (9) in software at each point in the volume and uploads the result to the graphics hardware. The result is the transmitted radiance (L ′ p ).
Is a volume texture containing the coefficients of, which is applied to R.

【0169】次いで、ピクセルシェーダで、この伝達さ
れた放射輝度を使用して対象物にライトを当てる。拡散
対象物は、式(6)を使用して放射輝度に余弦の重みを
付けた半球H*を畳み込み、そして得たSH射影をRの
法線ベクトルで評価する。光沢のある対象物は式(1
2)を行う。
The pixel shader then uses this transmitted radiance to illuminate the object. The diffuse object is convolved with the cosine weighted hemisphere H * of the radiance using Eq. (6) and the resulting SH projection is evaluated with the R normal vector. The glossy object is expressed by the formula (1
Perform 2).

【0170】自己伝達が予め計算された対象物には、O
とRが共通の座標系を共有しないという問題が生じる。
このため、2つのオブジェクトのうち1つの伝達サンプ
ルの稠密な集合を動的に回転してもう一方と整合させな
ければならない。その複雑さはO(n)であり、式
(9)の行列変換を行う複雑さと同じであるが、より高
次の射影の回転はその演算に比べてかなり負荷が高い。
ハードウェアの改良によりこの問題はほどなく軽減され
よう。
For objects for which self-transmission has been calculated in advance, O
And R do not share a common coordinate system.
For this reason, a dense set of transmission samples of one of the two objects must be dynamically rotated to align with the other. Its complexity is O (n 4 ), which is the same as the matrix transformation of equation (9), but the rotation of higher-order projections is considerably more expensive than the operation.
Hardware improvements will soon alleviate this problem.

【0171】自己伝達と比べると、近傍伝達ではいくつ
かの追加的な近似誤差が生じる。複数の近傍伝達オブジ
ェクトから同一の対象物に投じられるシャドーまたは光
は組み合わせるのが難しい。OまたはRの存在に起因し
ない局所的なライティングの変動も問題となる。すなわ
ち、正確な結果を提供するには、Oの近傍全体にわたっ
てライティングがかなり一定でなければならない。詳細
には、OおよびR以外のオブジェクトがOの近傍に入り
こむと、あるべきシャドーが欠けるなどのエラーが生じ
る。また、Oの近傍は、OがRに投じ得るシャドーまた
は光をいずれも包含するのに十分な大きさでなければな
らない。それでも、近傍伝達は、従来の方法ではリアル
タイムで得ることができない効果を取り込む。
Compared to self-propagation, near-propagation introduces some additional approximation error. It is difficult to combine shadows or lights cast on the same object from multiple proximity transfer objects. Local lighting variations that are not due to the presence of O or R are also problematic. That is, the lighting must be fairly constant over the entire neighborhood of O to provide accurate results. In detail, when an object other than O and R gets into the vicinity of O, an error such as lack of a desired shadow occurs. Also, the vicinity of O must be large enough to contain any shadows or light that O can cast on R. Nevertheless, proximity transfer captures effects that cannot be obtained in real time with traditional methods.

【0172】6.コンピューティング環境 図6は、例示的な実施形態を実装することが可能な適切
なコンピューティング環境600の概略的な一例であ
る。本発明は様々な汎用または特殊目的のコンピューテ
ィング環境で実装できることから、コンピューティング
環境600は本発明の使用または機能性の範囲に関して
何らの制限を示唆するものではない。
6. Computing Environment FIG. 6 is a schematic example of a suitable computing environment 600 in which the illustrative embodiments may be implemented. As the invention may be implemented in various general purpose or special purpose computing environments, computing environment 600 does not imply any limitation with respect to the scope of use or functionality of the invention.

【0173】図6を参照すると、コンピューティング環
境600は、少なくとも1つの処理装置610およびメ
モリ620を含む。図6では、この最も基本的な構成6
30を点線内に含めている。処理装置610は、コンピ
ュータ実行可能命令を実行し、実際のプロセッサであっ
ても仮想プロセッサであってもよい。多重処理システム
では複数の処理装置でコンピュータ実効命令を実行して
処理力を増大する。メモリ620は、揮発性メモリ(例
えばレジスタ、キャッシュ、RAM)、不揮発性メモリ
(例えばROM、EEPROM、フラッシュメモリな
ど)、あるいはこれら2種の何らかの組合せであってよ
い。メモリ620は、放射輝度の自己伝達を用いるグラ
フィック画像レンダリングを実装するソフトウェア68
0を格納する。
Referring to FIG. 6, computing environment 600 includes at least one processing unit 610 and memory 620. In FIG. 6, this most basic configuration 6
30 is included in the dotted line. The processing unit 610 executes computer-executable instructions and may be a real or virtual processor. In a multi-processing system, a plurality of processing units execute computer-executed instructions to increase processing power. The memory 620 may be volatile memory (eg, registers, cache, RAM), non-volatile memory (eg, ROM, EEPROM, flash memory, etc.), or some combination of the two. The memory 620 contains software 68 that implements graphic image rendering using radiance self-transfer.
Store 0.

【0174】コンピューティング環境は、この他の機能
を備えることが可能である。例えば、コンピューティン
グ環境600は、ストレージ640、1つまたは複数の
入力装置650、1つまたは複数の出力装置660、お
よび1つまたは複数の通信接続670を含む。バス、コ
ントローラ、あるいはネットワークなどの相互接続機構
(図示せず)は、コンピューティング環境600の構成
要素を相互に接続する。通例、オペレーティングシステ
ムソフトウェア(図示せず)は、コンピューティング環
境600で実行される他のソフトウェアのための動作環
境を提供し、コンピューティング環境600の構成要素
のアクティビティを調整する。先に述べたように、コン
ピューティング環境は、DirectXおよびOpen
GLの関数ライブラリ、ATI RadeonやNVi
dia GeForceビデオカードなどのグラフィッ
ク処理ハードウェアおよびソフトウェアを含むことが望
ましい。
The computing environment can include other features as well. For example, computing environment 600 includes storage 640, one or more input devices 650, one or more output devices 660, and one or more communication connections 670. An interconnect mechanism (not shown), such as a bus, controller, or network, connects the components of computing environment 600 to each other. Operating system software (not shown) typically provides an operating environment for other software executing in computing environment 600 and coordinates the activities of components of computing environment 600. As mentioned earlier, the computing environment is DirectX and Open.
GL function library, ATI Radeon and NVi
It is desirable to include graphics processing hardware and software such as a dia GeForce video card.

【0175】ストレージ640は取り外し可能でも取り
外し不能でもよく、磁気ディスク、磁気テープまたはカ
セット、CD−ROM、CD−RW、DVD、あるいは
情報の記憶に使用することができ、コンピューティング
環境600内でアクセスが可能な任意の他の媒体を含
む。ストレージ640は、画像レンダリングシステム
(図1)を実装するソフトウェア680の命令を記憶す
る。
Storage 640, which may be removable or non-removable, may be used to store magnetic disks, magnetic tape or cassettes, CD-ROMs, CD-RWs, DVDs, or information and is accessed within computing environment 600. Including any other medium capable of Storage 640 stores instructions for software 680 that implements the image rendering system (FIG. 1).

【0176】入力装置650は、キーボード、マウス、
ペン、トラックボールなどのタッチ入力装置、音声入力
装置、スキャニング装置、あるいはコンピューティング
環境600に入力を提供する他の装置でよい。オーディ
オには、入力装置650はサウンドカード、あるいはア
ナログまたはデジタル形態のオーディオ入力を受け付け
る同様の装置でよい。出力装置660は、ディスプレ
イ、プリンタ、スピーカ、あるいはコンピューティング
環境600からの出力を提供する他の装置でよい。
The input device 650 is a keyboard, a mouse,
It may be a touch input device such as a pen, trackball, a voice input device, a scanning device, or other device that provides input to the computing environment 600. For audio, input device 650 may be a sound card or similar device that accepts audio input in analog or digital form. Output device 660 may be a display, printer, speaker, or other device that provides output from computing environment 600.

【0177】通信接続670は、通信媒体を通じた別の
コンピューティングエンティティとの通信を可能にす
る。通信媒体は、コンピュータ実行命令、圧縮されたオ
ーディオまたはビデオ情報、あるいはその他のデータな
どの情報を変調データ信号で伝搬する。変調データ信号
とは、その信号中に情報を符号化するような形でその特
性の1つまたは複数を設定または変更した信号である。
例として、これらに限定しないが、通信媒体には、電
気、光学、RF、赤外線、音響、あるいは他の搬送波を
用いて実装される配線式または無線式の技術が含まれ
る。
Communication connection 670 enables communication with another computing entity over a communication medium. Communication media carries information such as computer-executable instructions, compressed audio or video information, or other data in a modulated data signal. A modulated data signal is a signal that has one or more of its characteristics set or changed in such a manner as to encode information in the signal.
By way of example, and not limitation, communication media include hard-wired or wireless technologies implemented with electrical, optical, RF, infrared, acoustic, or other carrier waves.

【0178】本発明は、コンピュータ可読媒体の一般的
な文脈で説明することができる。コンピュータ可読媒体
は、コンピューティング環境内でアクセスできる任意の
利用可能な媒体である。例として、これらに限定しない
が、コンピューティング環境600ではコンピュータ可
読媒体はメモリ620、ストレージ640、通信媒体、
および上述の媒体の任意の組合せを含む。
The present invention can be described in the general context of computer-readable media. Computer-readable media are any available media that can be accessed within a computing environment. By way of example, and not limitation, computer readable media in computing environment 600 include memory 620, storage 640, communication media,
And any combination of the above media.

【0179】本発明は、プログラムモジュールに含ま
れ、コンピューティング環境で実際あるいは仮想のター
ゲットプロセッサで実行されるコンピュータ実行可能命
令の一般的な文脈で説明することができる。一般に、プ
ログラムモジュールには、特定タスクを行う、あるいは
特定の抽象データタイプを実装するルーチン、プログラ
ム、ライブラリ、オブジェクト、クラス、コンポーネン
ト、データ構造などが含まれる。プログラムモジュール
の機能は、各種の実施形態で必要に応じてプログラムモ
ジュール間で組み合わせるか、または分割することがで
きる。プログラムモジュールのコンピュータ実行可能命
令は、ローカルな、または分散したコンピューティング
環境で実行することができる。
The invention can be described in the general context of computer-executable instructions, which are contained in program modules and are executed in an actual or virtual target processor in a computing environment. Generally, program modules include routines, programs, libraries, objects, classes, components, data structures, etc. that perform particular tasks or implement particular abstract data types. The functionality of the program modules may be combined or split between program modules as desired in various embodiments. Computer-executable instructions for program modules may execute in local or distributed computing environments.

【0180】提示のために、この詳細な説明ではコンピ
ューティング環境内のコンピュータ動作を説明するため
に「判定する(determine)」、「入手する(get)」、
「調整する(adjust)」、および「適用する(appl
y)」といった語を使用している。これらの語は、コン
ピュータによって行われる動作の高レベルの抽象であ
り、人間によって行われる行為と混同すべきではない。
これらの語に対応する実際のコンピュータ動作は実装に
よって異なる。
For the sake of presentation, this detailed description refers to “determine,” “get,” to describe computer behavior within a computing environment.
"Adjust" and "appl" (appl
y) ”is used. These terms are a high level abstraction of actions performed by a computer and should not be confused with actions performed by humans.
The actual computer operation that corresponds to these words will vary from implementation to implementation.

【0181】例示的実施形態を参照して本発明の原理を
説明し、例示したが、この例示的実施形態は上記のよう
な原理から逸脱することなく構成と詳細を変更できるこ
とを認識されよう。特に指摘しない限りは、本明細書に
記載するプログラム、プロセス、あるいは方法は任意の
特定タイプのコンピューティング環境に関連しない、あ
るいは制限されないことを理解されたい。各種タイプの
汎用または特殊化コンピューティング環境は、本明細書
に記載する教示による動作とともに使用することがで
き、あるいはその動作を行うことができる。ソフトウェ
アとして示した例示的実施形態の要素はハードウェアに
実装してもよく、その逆も同様である。
Although the principles of the invention have been illustrated and illustrated with reference to exemplary embodiments, it will be appreciated that the exemplary embodiments can be modified in arrangement and detail without departing from principles such as those described above. It is to be understood that the programs, processes, or methods described herein are not related or limited to any particular type of computing environment, unless stated otherwise. Various types of general purpose or specialized computing environments can be used with or perform operations in accordance with the teachings described herein. Elements of the exemplary embodiment shown as software may be implemented in hardware and vice versa.

【0182】本発明の原理を応用することが可能な多く
の可能な実施形態に照らし、頭記の特許請求の範囲およ
びその均等物の範囲および精神に含まれ得る実施形態は
すべて本発明として請求する。
In light of the many possible embodiments to which the principles of the invention may be applied, all embodiments that come within the scope and spirit of the following claims and equivalents thereto are claimed as the invention. To do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】動的な低周波数のライティング環境におけるリ
アルタイム画像レンダリングのための事前計算された放
射輝度自己伝達を取り入れるコンピュータグラフィック
ソフトウェアアーキテクチャのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a computer graphics software architecture that incorporates precomputed radiance self-transfer for real-time image rendering in a dynamic low frequency lighting environment.

【図2】図1の画像レンダリングシステムにおける自己
伝達の事前計算の流れ図である。
2 is a flowchart of precomputation of self-communication in the image rendering system of FIG.

【図3】図1の画像レンダリングシステムにおける放射
輝度伝達のリアルタイムレンダリングの流れ図である。
3 is a flow chart of real-time rendering of radiance transfer in the image rendering system of FIG.

【図4】図3のリアルタイムレンダリングにおける実行
時の拡散表面自己伝達を処理する流れ図である。
FIG. 4 is a flow chart for processing diffusive surface self-transfer at runtime in the real-time rendering of FIG.

【図5】図3のリアルタイムレンダリングにおける実行
時の光沢表面自己伝達を処理する流れ図である。
5 is a flow diagram for processing run-time glossy surface self-transfer in the real-time rendering of FIG.

【図6】図1の画像レンダリングシステムに適したコン
ピューティング環境のブロック図である。
6 is a block diagram of a computing environment suitable for the image rendering system of FIG.

【図7】図2の自己伝達の事前計算でシミュレートした
相互反射を表す図である。
7 is a diagram representing simulated inter-reflections in the pre-computation of self-transmission of FIG.

【図8】ともにシャドーを付けず、図3のリアルタイム
レンダリングを介して生成された画像の図である。
FIG. 8 is a diagram of an image produced through the real-time rendering of FIG. 3, both without shadowing.

【図9】ともにシャドーを付けず、図3のリアルタイム
レンダリングを介して生成された、拡散表面の自己伝達
の効果を示す画像の図である。
9 is a diagram of an image showing the effect of self-propagation of a diffusing surface, generated through the real-time rendering of FIG. 3, both without shadowing.

【図10】ともにシャドーを付けず、図3のリアルタイ
ムレンダリングを介して生成された、光沢表面の自己伝
達の効果を示す画像の図である。
FIG. 10 is an image showing the effect of self-propagation of a glossy surface, generated through real-time rendering of FIG. 3, both without shadowing.

【図11】それぞれ単一の点、反復最近傍点アルゴリズ
ム(ICP)の点、および複数のサンプルで入射放射輝
度をサンプリングした、図3のリアルタイムレンダリン
グを介して生成された画像の図である。
11 is a diagram of an image produced via the real-time rendering of FIG. 3, sampling the incident radiance with a single point, an iterative nearest neighbor algorithm (ICP) point, and multiple samples, respectively.

【図12】図3のリアルタイムレンダリングを介して生
成されたボリュームの自己伝達の画像の図である。
12 is a diagram of an image of volume self-propagation generated via the real-time rendering of FIG.

【図13】図3のリアルタイムレンダリングを介して生
成された近傍伝達の画像の図である。
FIG. 13 is a diagram of an image of a neighborhood transfer generated via the real-time rendering of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 コンピュータグラフィック画像レンダリングシ
ステム 110 幾何学的オブジェクトモデル 130 放射輝度自己伝達データ 120 グローバルイルミネーションシミュレータ 140 リアルタイム画像レンダリングエンジン 150 ライティング環境 160 ビュー方向 170 ユーザコントロール 180 グラフィックディスプレイドライバ 600 コンピューティング環境 610 処理装置 620 メモリ 640 ストレージ 650 入力装置 660 出力装置 670 通信接続 680 ソフトウェア
100 Computer Graphic Image Rendering System 110 Geometric Object Model 130 Radiance Self-Transmission Data 120 Global Illumination Simulator 140 Real Time Image Rendering Engine 150 Lighting Environment 160 View Direction 170 User Control 180 Graphic Display Driver 600 Computing Environment 610 Processor 620 Memory 640 Storage 650 Input device 660 Output device 670 Communication connection 680 Software

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター−パイク ジェイ.スローン アメリカ合衆国 98008 ワシントン州 ベルビュー ノースイースト 170 アベ ニュー 3518 (72)発明者 ジョン エム.スナイダー アメリカ合衆国 98052 ワシントン州 レッドモンド ノースイースト 186 ア ベニュー 2522 (72)発明者 ジャン カウツ ドイツ 66111 ザールブリュッケン シ ュモラーシュトラーセ 29 Fターム(参考) 5B080 AA14 GA08 GA11    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Peter-Pike Jay. Sloan             United States 98008 Washington             Bellevue Northeast 170 Abe             New 3518 (72) Inventor John M. Snyder             United States 98052 Washington             Redmond Northeast 186             Venue 2522 (72) Inventor Jean Kautz             Germany 66111 Saarbrucken             Humorer Strasse 29 F-term (reference) 5B080 AA14 GA08 GA11

Claims (85)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 幾何学的にモデリングされたオブジェク
トのコンピュータグラフィック画像をレンダリングす
る、コンピュータによって行われる方法であって、 前記モデリングされたオブジェクト上の複数の位置につ
いて自己シャドーイングおよび相互反射をシミュレート
して、前記複数の位置における領域支持ライティング基
底関数の線形結合に対するグローバル伝達効果を含む前
記オブジェクトの放射反応を表す放射輝度伝達データを
生成するステップと、 前記放射輝度伝達データに基づいて、あるライティング
環境であるビュー方向について前記位置における前記モ
デリングされたオブジェクトの放射輝度伝達を評価する
ステップと、 前記放射輝度伝達の評価に従ってシェーディングした前
記モデリングされたオブジェクトの画像を生成するステ
ップとを含むことを特徴とする方法。
1. A computer-implemented method of rendering a computer graphic image of a geometrically modeled object, simulating self-shadowing and interreflection for a plurality of locations on the modeled object. And generating radiance transfer data representing a radiative response of the object including a global transfer effect on a linear combination of area-supported lighting basis functions at the plurality of positions, and a certain lighting based on the radiance transfer data. Evaluating the radiance transfer of the modeled object at the location for a view direction that is the environment; and producing an image of the modeled object shaded according to the evaluation of the radiance transfer. And a step of:
【請求項2】 前記シミュレートのステップは、基準と
する低周波数ライティング環境で照明を当てた前記モデ
リングされたオブジェクトをシミュレートすることを含
むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the step of simulating includes simulating the modeled object illuminated in a reference low frequency lighting environment.
【請求項3】 前記放射輝度伝達データは、前記位置に
おける前記モデリングされたオブジェクトのソース放射
輝度の出射放射輝度への伝達を表すことを特徴とする請
求項1に記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein the radiance transfer data represents a transfer of source radiance of the modeled object at the location to output radiance.
【請求項4】 前記放射輝度伝達データは、前記位置に
おける前記モデリングされたオブジェクトのソース放射
輝度の、伝達された入射放射輝度への伝達を表すことを
特徴とする請求項1に記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein the radiance transfer data represents a transfer of a source radiance of the modeled object at the location to a transferred incident radiance.
【請求項5】 前記ライティングをシミュレートするス
テップは前処理として行われ、前記評価および生成のス
テップがリアルタイムで行われることを特徴とする請求
項1に記載の方法。
5. Method according to claim 1, characterized in that the step of simulating the lighting is performed as a pre-processing and the steps of evaluating and generating are performed in real time.
【請求項6】 前記放射輝度伝達を評価するステップ
は、 あるライティング環境中の少なくとも1つのサンプリン
グ点の光源ライティングデータを計算することと、 前記モデリングされたオブジェクトの表面上の複数の位
置について事前に計算した放射輝度伝達データに従って
前記計算された光源ライティングデータに線形変換を行
って、あるビューについての前記位置からの出射放射輝
度のデータを得、前記放射輝度伝達データは、基準とす
るライティング環境下での、前記位置における光源光に
対する前記モデリングされたオブジェクトのグローバル
伝播効果を含む放射輝度反応を表すこととを含むことを
特徴とする請求項1に記載の方法。
6. The step of evaluating the radiance transfer comprises: calculating illuminant lighting data for at least one sampling point in a lighting environment; and pre-determining a plurality of locations on the surface of the modeled object. A linear transformation is performed on the calculated light source lighting data according to the calculated radiance transfer data to obtain output radiance data from the position for a certain view, and the radiance transfer data is based on a reference lighting environment. And representing a radiance response including global propagation effects of the modeled object to source light at the location.
【請求項7】 前記放射輝度伝達データは、前記モデリ
ングされたオブジェクトの拡散表面上のある位置の放射
輝度反応を表す放射輝度伝達ベクトルを含み、前記放射
輝度伝達を評価するステップは、前記モデリングされた
オブジェクトの前記拡散表面について、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトルと前記放射輝度伝達ベクトル
とのドット積を計算することとを含むことを特徴とする
請求項1に記載の方法。
7. The radiance transfer data includes a radiance transfer vector representing a radiance transfer vector at a location on a diffused surface of the modeled object, and the step of evaluating the radiance transfer is performed by the modeling. Calculating a source radiance vector of at least one sampling point in the lighting environment for the diffuse surface of the object, and computing a dot product of the source radiance vector and the radiance transfer vector. The method of claim 1, wherein:
【請求項8】 前記放射輝度伝達データは、前記モデリ
ングされたオブジェクトの光沢表面上のある位置の放射
輝度反応を表すデータを含み、前記放射輝度伝達を評価
するステップは、前記モデリングされたオブジェクトの
前記光沢表面について、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトル、前記位置の放射輝度反応を
表す前記データ、および前記位置の双方向反射分布関数
の関数として、あるビュー方向についての前記位置から
の出射放射輝度を求めることとを含むことを特徴とする
請求項1に記載の方法。
8. The radiance transfer data includes data representing a radiance response of a location on a glossy surface of the modeled object, the step of evaluating the radiance transfer comprising: Calculating a source radiance vector of at least one sampling point in the lighting environment for the glossy surface, the source radiance vector, the data representing a radiance response of the position, and a bidirectional reflectance distribution of the position. Determining the exit radiance from the position for a view direction as a function of a function.
【請求項9】 前記放射輝度伝達データは、前記モデリ
ングされたオブジェクトの光沢表面上のある位置の放射
輝度反応を表すデータを含み、前記放射輝度伝達を評価
するステップは、前記モデリングされたオブジェクトの
前記光沢表面について、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトルおよび前記位置の放射輝度反
応を表す前記データに基づいて、前記位置の伝達放射輝
度を求めることと、 前記伝達放射輝度および前記位置の双方向反射分布関数
に基づいて、あるビュー方向についての前記位置からの
出射放射輝度を求めることとを含むことを特徴とする請
求項1に記載の方法。
9. The radiance transfer data includes data representing a radiance response of a location on a glossy surface of the modeled object, the step of evaluating the radiance transfer comprising: Calculating a source radiance vector of at least one sampling point in the lighting environment for the glossy surface; The method according to claim 1, further comprising: determining brightness, and determining an output radiance from the position in a certain view direction based on the transmitted radiance and a bidirectional reflection distribution function of the position. The method described.
【請求項10】 前記放射輝度伝達データは、前記モデ
リングされたオブジェクトの光沢表面上のある位置の放
射輝度反応を表す放射輝度伝達行列を含み、前記放射輝
度伝達を評価するステップは、前記モデリングされたオ
ブジェクトの前記光沢表面について、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトルと前記放射輝度伝達行列との
行列ベクトル乗算を行うことと、 前記行列ベクトル乗算の積に、前記モデリングされたオ
ブジェクトの光沢表面上の前記位置の双方向反射分布関
数を畳み込むこととあるビュー方向について前記畳み込
みの結果を評価することとを含むことを特徴とする請求
項1に記載の方法。
10. The radiance transfer data includes a radiance transfer matrix representing a radiance transfer matrix at a location on a glossy surface of the modeled object, and the step of evaluating the radiance transfer is performed by the modeling. Calculating a source radiance vector of at least one sampling point in the lighting environment for the glossy surface of the object, and performing a matrix-vector multiplication of the source radiance vector and the radiance transfer matrix; Multiplying the product of matrix-vector multiplications by convolving the bidirectional reflectance distribution function of the position on the glossy surface of the modeled object and evaluating the result of the convolution for a view direction. The method according to Item 1.
【請求項11】 幾何学的にモデリングされたオブジェ
クトの表面のコンピュータグラフィック画像をリアルタ
イムレンダリングする、コンピュータによって行われる
方法であって、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源ライティングデータを計算するステップと、 前記モデリングされたオブジェクトの表面上の複数の位
置について事前に計算された放射輝度伝達データに従っ
て前記計算された光源ライティングデータに線形変換を
行ってあるビュー方向についての前記位置からの出射放
射輝度のデータを得るステップであって、前記放射輝度
伝達データは、基準とするライティング環境下での前記
位置における光源光に対する前記モデリングされたオブ
ジェクトのグローバル伝播効果を含む放射輝度反応を含
んだ放射輝度反応を表すステップと、 前記位置からの前記出射放射輝度に従ってシェーディン
グした、前記ビュー方向について前記ライティング環境
で前記モデリングされたオブジェクトの画像を生成する
ステップとを含むことを特徴とする方法。
11. A computer-implemented method of real-time rendering a computer graphic image of a surface of a geometrically modeled object, the method comprising: calculating illuminant lighting data for at least one sampling point in a lighting environment. And an output radiance from the position for a view direction that has been linearly transformed to the calculated source lighting data according to pre-calculated radiance transfer data for a plurality of positions on the surface of the modeled object. Of data, the radiance transfer data including a radiance response including a global propagation effect of the modeled object to a source light at the position in a reference lighting environment. A step of representing the morphism luminance reaction was shaded according to the outgoing radiance from said position, a method which comprises the steps of generating an image of the modeled object in the lighting environment for the view direction.
【請求項12】 前記モデリングされたオブジェクトの
拡散表面の場合に前記線形変換を行うことは、光源放射
輝度ベクトルと事前に計算された放射輝度伝達ベクトル
とのドット積を計算することを含み、前記光源放射輝度
ベクトルはあるサンプリング点における光源光を表し、
前記事前に計算された放射輝度伝達ベクトルは、前記モ
デリングされたオブジェクトの拡散表面上のある位置の
放射輝度反応を表すことを特徴とする請求項11に記載
の方法。
12. Performing the linear transformation in the case of a diffused surface of the modeled object comprises computing a dot product of a source radiance vector and a pre-computed radiance transfer vector, wherein: The source radiance vector represents the source light at a sampling point,
12. The method of claim 11, wherein the pre-computed radiance transfer vector represents a radiance response at a location on a diffused surface of the modeled object.
【請求項13】 前記モデリングされたオブジェクトの
光沢表面の場合に前記線形変換を行うことは、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトル、前記位置の放射輝度反応を
表すデータ、および前記位置の双方向反射分布関数の関
数として、あるビュー方向についての前記位置からの出
射放射輝度を求めることとを含むことを特徴とする請求
項11に記載の方法。
13. Performing the linear transformation in the case of a glossy surface of the modeled object includes calculating a source radiance vector of at least one sampling point in a lighting environment; Determining the exit radiance from the position for a view direction as a function of data representing the radiance response of the position and a bidirectional reflectance distribution function of the position. The method described.
【請求項14】 前記モデリングされたオブジェクトの
光沢表面の場合に前記線形変換を行うことは、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源放射輝度ベクトルを計算することと、 前記光源放射輝度ベクトルおよび前記位置の放射輝度反
応を表す前記データに基づいて、前記位置の伝達放射輝
度を求めることと、 前記伝達放射輝度および前記位置の双方向反射分布関数
に基づいて、あるビュー方向についての前記位置からの
出射放射輝度を求めることとを含むことを特徴とする請
求項11に記載の方法。
14. Performing the linear transformation in the case of the glossy surface of the modeled object includes calculating a source radiance vector of at least one sampling point in a lighting environment; Determining the transfer radiance of the position based on the data representing the radiance response of the position, and based on the bidirectional reflectance distribution function of the transfer radiance and the position from the position for a view direction. Determining the exit radiance of the.
【請求項15】 前記モデリングされたオブジェクトの
光沢表面の場合に前記線形変換を行うことは、 あるサンプリング点における光源光を表す光源放射輝度
ベクトルと、前記モデリングされたオブジェクトの光沢
表面上のある位置の放射輝度反応を表す事前に計算され
た放射輝度伝達行列との行列ベクトル乗算を行うこと
と、 前記行列ベクトル乗算の積に、前記モデリングされたオ
ブジェクトの光沢表面上の前記位置の双方向反射分布関
数を畳み込むことと、 あるビュー方向について前記畳み込みの結果を評価する
こととを含むことを特徴とする請求項11に記載の方
法。
15. Performing the linear transformation in the case of a glossy surface of the modeled object includes: a source radiance vector representing the source light at a sampling point and a position on the glossy surface of the modeled object. Matrix-vector multiplication with a pre-computed radiance transfer matrix representing the radiance response of the bidirectional reflection distribution of the positions on the glossy surface of the modeled object. The method of claim 11, comprising convolving a function and evaluating the result of the convolution for a view direction.
【請求項16】 幾何学的にモデリングされたオブジェ
クトの拡散表面のコンピュータグラフィック画像をリア
ルタイムレンダリングする、コンピュータによって行わ
れる方法であって、 あるライティング環境下の放射輝度を球面調和関数基底
に射影して、前記モデリングされたオブジェクトの少な
くとも1つの位置のライティング係数ベクトルを生成す
るステップと、 前記ライティング係数ベクトルと、前記拡散表面上の少
なくとも1つの位置について事前に計算された放射輝度
伝達ベクトルとのドット積を計算して、前記ライティン
グ環境とビュー方向についての前記モデリングされたオ
ブジェクトの前記拡散表面上の前記少なくとも1つの位
置における出射放射輝度を生成するステップであって、
前記事前に計算された放射輝度伝達ベクトルは、基準と
する低周波数ライティング環境下での光源光に対する前
記少なくとも1つの位置における前記拡散表面のグロー
バル伝播効果を含む放射輝度反応を表すステップと、 前記少なくとも1つの位置における前記モデリングされ
たオブジェクトの前記拡散表面のシェーディングを計算
するステップと、 前記シェーディングをつけて前記モデリングされたオブ
ジェクトの前記拡散表面の画像を生成するステップとを
含むことを特徴とする方法。
16. A computer implemented method for real time rendering of a computer graphic image of a diffuse surface of a geometrically modeled object, the method comprising projecting radiance in a lighting environment onto a spherical harmonic basis. Generating a lighting coefficient vector for at least one position of the modeled object, a dot product of the lighting coefficient vector and a radiance transfer vector previously calculated for at least one position on the diffusing surface. To generate an exit radiance at the at least one location on the diffuse surface of the modeled object for the lighting environment and view direction,
Said pre-calculated radiance transfer vector representing a radiance response including global propagation effects of said diffusing surface at said at least one location with respect to source light in a reference low frequency lighting environment; Calculating shading of the diffuse surface of the modeled object at at least one location, and applying the shading to generate an image of the diffuse surface of the modeled object. Method.
【請求項17】 幾何学的にモデリングされたオブジェ
クトの光沢表面のコンピュータグラフィック画像をリア
ルタイムレンダリングする、コンピュータによって行わ
れる方法であって、 あるライティング環境下での放射輝度を球面調和関数基
底に射影して、前記モデリングされたオブジェクトの少
なくとも1つの位置のライティング係数ベクトルを生成
するステップと、 前記ライティング係数ベクトルと、基準とする低周波数
ライティング環境下での前記少なくとも1つの位置にお
ける光源光に対する前記光沢表面のグローバル伝播効果
を含む放射輝度反応を表す事前に計算された放射輝度伝
達行列データと、前記少なくとも1つの位置の双方向反
射分布関数との関数として、あるビュー方向について前
記光沢表面上の前記少なくとも1つの位置からの出射放
射輝度を求めるステップと、 前記少なくとも1つの位置における前記モデリングされ
たオブジェクトの前記光沢表面のシェーディングを計算
するステップと、 前記シェーディングをつけた前記モデリングされたオブ
ジェクトの前記光沢表面の画像を生成するステップとを
含むことを特徴とする方法。
17. A computer-implemented method of real-time rendering a computer graphic image of a glossy surface of a geometrically modeled object, the method comprising projecting radiance in a lighting environment onto a spherical harmonic basis. Generating a lighting coefficient vector for at least one position of the modeled object, the lighting coefficient vector and the glossy surface for source light at the at least one position in a reference low frequency lighting environment. Of pre-computed radiance transfer matrix data representing a radiance response including global propagation effects of the at least one location and the at least one position on the glossy surface for the view direction as a function of the bidirectional reflectance distribution function. One Determining exit radiance from a location, calculating shading of the glossy surface of the modeled object at the at least one location, and an image of the glossy surface of the shaded modeled object. And generating.
【請求項18】 あるビュー方向についての出射放射輝
度を求めるステップが、 前記ライティング係数ベクトルと、前記光沢表面上の少
なくとも1つの位置について事前に計算された放射輝度
伝達行列との行列ベクトル乗算を行い、前記事前に計算
された放射輝度伝達行列は、基準とする低周波数ライテ
ィング環境下での前記少なくとも1つの位置における光
源光に対する前記光沢表面のグローバル伝播効果を含む
放射輝度反応を表すことと、 前記行列ベクトル乗算の積に、前記モデリングされたオ
ブジェクトの前記光沢表面上の前記位置の双方向反射分
布関数を畳み込むことと、 あるビュー方向について前記畳み込みの結果を評価する
こととを含むことを特徴とする請求項17に記載の方
法。
18. The step of determining exit radiance for a view direction comprises matrix-vector multiplication of the lighting coefficient vector and a radiance transfer matrix previously calculated for at least one position on the glossy surface. , The pre-computed radiance transfer matrix represents a radiance response including global propagation effects of the glossy surface to source light at the at least one location under a reference low frequency lighting environment; Convolving the matrix-vector multiplication product with a bidirectional reflectance distribution function of the position of the modeled object on the glossy surface; and evaluating a result of the convolution for a view direction. The method according to claim 17, wherein:
【請求項19】 あるビュー方向について出射放射輝度
を求めるステップが、 前記ライティング係数ベクトルと、前記光沢表面上の少
なくとも1つの位置について事前に計算された放射輝度
伝達行列との行列ベクトル乗算に基づいて前記出射放射
輝度を計算することであって、前記事前に計算された放
射輝度伝達行列は、前記少なくとも1つの位置におけ
る、前記基準低周波数ライティング環境下でのソース光
に対する前記光沢表面のグローバル伝達効果を含む放射
輝度反応を表すことを含むことを特徴とする請求項17
に記載の方法。
19. The step of determining exit radiance for a view direction is based on matrix vector multiplication of the lighting coefficient vector and a radiance transfer matrix previously calculated for at least one location on the glossy surface. Calculating the exit radiance, the pre-computed radiance transfer matrix being a global transfer of the glossy surface to source light in the reference low frequency lighting environment at the at least one location. 18. Including a representation of a radiance response including an effect.
The method described in.
【請求項20】 モデリングされたオブジェクトのコン
ピュータグラフィック画像のリアルタイムレンダリング
および表示に使用する放射輝度自己伝達データを生成す
る、コンピュータによって行われる方法であって、 領域支持基底関数の線形結合として表された基準ライテ
ィング環境について、前記モデリングされたオブジェク
トにグローバルイルミネーションシミュレーションを行
うステップであって、前記シミュレーションは、前記モ
デリングされたオブジェクト上の複数のサンプル点の放
射輝度伝達を計算し、前記シミュレーションは、前記モ
デリングされたオブジェクトの自己シャドーイングと相
互反射を取り入れるステップと、 前記モデリングされたオブジェクト上の放射伝達をレン
ダリングして前記モデリングされたオブジェクトのグラ
フィック画像を生成する際に使用するために、前記複数
のサンプル点のグローバルイルミネーションシミュレー
ションを、前記領域支持基底関数の係数の線形変換とし
て記録するステップとを含むことを特徴とする方法。
20. A computer-implemented method of generating radiance self-transfer data for use in real-time rendering and display of a computer graphic image of a modeled object, represented as a linear combination of region-supporting basis functions. Performing a global illumination simulation on the modeled object for a reference lighting environment, the simulation calculating a radiance transfer of a plurality of sample points on the modeled object, the simulation comprising: Incorporating self-shadowing and inter-reflection of a modeled object, rendering radiative transfer on the modeled object to render the modeled object. For use in generating bets graphic image, a method which comprises the steps of: a global illumination simulation of the plurality of sample points is recorded as a linear transformation of the coefficients of the region supporting basis functions.
【請求項21】 前記基準ライティング環境を光源光の
球面の球面調和関数基底の射影としてパラメータ化する
ことを特徴とする請求項20に記載の方法。
21. The method of claim 20, wherein the reference lighting environment is parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of a sphere of source light.
【請求項22】 前記グローバルイルミネーションシミ
ュレーションを複数のパスで前記モデリングされたオブ
ジェクトに行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記モデリングされたオ
ブジェクトの自己シャドーイングを含む前記モデリング
されたオブジェクト上の複数のサンプル点の直接照明を
シミュレートするステップであって、前記直接照明のシ
ミュレートは、あるサンプル点について、 法線方向を中心とする半球内の前記サンプル点から前記
モデリングされたオブジェクトの表面への複数の方向を
前記サンプル点で評価すること、 前記モデリングされたオブジェクトと交差する前記サン
プル点からの方向にオクルージョンが生じるとしてタグ
をつけること、および前記複数の方向への前記サンプル
点の直接照明からの放射輝度伝達を累積して、前記サン
プル点の放射輝度伝達データを生成することを含むステ
ップと、 続く相互反射パスで、前記モデリングされたオブジェク
ト上の前記複数のサンプル点の相互反射照明をシミュレ
ートするステップであって、前記相互反射照明のシミュ
レートは、あるサンプル点について、 オクルージョンが生じるとしてタグ付けされた前記複数
の方向への前記サンプル点の相互反射した照明からの放
射輝度伝達を累積して、前記サンプル点の放射輝度伝達
データを生成することを含むステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スおよび続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝
達データを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝
達を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項
20に記載の方法。
22. Performing the global illumination simulation on the modeled object in a plurality of passes, a plurality of on the modeled object including self-shadowing of the modeled object in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of the sample points of the direct illumination of the sample points within a hemisphere centered on a normal direction from a sample point to a surface of the modeled object for a certain sample point. Of the sample points at the sample points, tagging as occlusions in directions from the sample points that intersect the modeled object, and direct illumination of the sample points in the directions. Radiation from A step of accumulating luminance transfer to generate radiance transfer data for the sample points, and a subsequent inter-reflection path to simulate inter-reflection illumination of the plurality of sample points on the modeled object. Simulating the inter-reflected illumination by accumulating radiance transfer from the inter-reflected illumination of the sample points in the plurality of directions tagged for occlusion for a sample point. , Generating radiance transfer data for said sample points, iterating an interreflection path until a condition is met, and for a sample point, accumulating at said first shadowing path and subsequent interreflection paths The radiance transfer data that has been sampled is summed to obtain a total radiance transfer of the sample points. 21. The method of claim 20, comprising:
【請求項23】 前記条件は、前記現在の相互反射パス
の合計相互反射照明エネルギーがある閾値レベルを下回
ることであることを特徴とする請求項20に記載の方
法。
23. The method of claim 20, wherein the condition is that the total inter-reflecting illumination energy of the current inter-reflecting path is below a certain threshold level.
【請求項24】 前記モデリングされたオブジェクトの
拡散表面上のサンプリング点の放射輝度伝達データを、
球面調和関数基底係数のベクトルとして表すことをさら
に含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
24. Radiance transfer data for sampling points on the diffused surface of the modeled object,
The method of claim 20, further comprising representing as a vector of spherical harmonic basis coefficients.
【請求項25】 前記モデリングされたオブジェクトの
光沢表面上のサンプリング点の放射輝度伝達データを、
球面調和関数基底係数の行列として表すことをさらに含
むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
25. Radiance transfer data of sampling points on the glossy surface of the modeled object,
The method of claim 20, further comprising representing as a matrix of spherical harmonic basis coefficients.
【請求項26】 幾何学的にモデリングされたオブジェ
クトの表面のコンピュータグラフィック画像をリアルタ
イムレンダリングする方法であって、 第1のコンピュータで行われる放射輝度伝達の事前計算
段階で、 基準とする低周波数ライティング環境で前記モデリング
されたオブジェクトの照明シミュレーションを行って前
記モデリングされたオブジェクト上の複数のサンプル点
の放射輝度伝達を計算するステップであって、前記シミ
ュレーションは前記モデリングされたオブジェクトの自
己シャドーイングおよび相互反射を取り入れるステップ
と、 前記モデリングされたオブジェクトの拡散表面上のサン
プル点の場合に、前記計算された放射輝度伝達を球面調
和関数基底係数の放射輝度伝達ベクトルとして記録する
ステップと、 前記モデリングされたオブジェクトの光沢表面上のサン
プル点の場合に、前記計算した放射輝度伝達を球面調和
関数基底係数の放射輝度伝達行列として記録するステッ
プと、 第2のコンピュータで行われる画像レンダリング段階
で、前記モデリングされたオブジェクトの画像をレンダ
リングするステップであって、前記レンダリングステッ
プは、 レンダリング時のライティング環境で前記モデリングさ
れたオブジェクトの光源光をサンプリングして、前記モ
デリングされたオブジェクト上の前記複数のサンプル点
の球面調和関数基底係数の光源放射輝度ベクトルを得る
ステップと、 前記モデリングされたオブジェクトの拡散表面上のサン
プル点の場合に、前記光源放射輝度ベクトルと前記放射
輝度伝達ベクトルとのドット積を行ってあるビュー方向
の出射放射輝度を得るステップと、 前記モデリングされたオブジェクトの光沢表面上のサン
プル点の場合に、前記光源放射輝度ベクトル、前記放射
輝度伝達行列、および前記光沢表面の双方向反射分布関
数に基づいて、あるビュー方向についての出射放射輝度
を求めるステップと、 前記複数のサンプル点個々の前記ビュー方向への前記出
射放射輝度に基づいて、前記複数のサンプル点において
前記モデリングされたオブジェクトをシェーディングす
るステップとを含むステップとを含むことを特徴とする
方法。
26. A method for real-time rendering of a computer graphic image of a surface of a geometrically modeled object, the low frequency lighting as a reference during a radiance transfer precomputation step performed on a first computer. Performing a lighting simulation of the modeled object in an environment to calculate radiance transfer of a plurality of sample points on the modeled object, the simulation comprising self-shadowing and mutual interaction of the modeled object. Incorporating reflections; recording sampled radiance transfer as a radiance transfer vector of spherical harmonic basis coefficients for sample points on a diffused surface of the modeled object; Recording the calculated radiance transfer as a radiance transfer matrix of spherical harmonic basis coefficients for sample points on a glossy surface of a ringed object, a second computer performing an image rendering step, A step of rendering an image of the modeled object, wherein the rendering step samples the light source light of the modeled object in a lighting environment at the time of rendering to obtain the plurality of samples on the modeled object. Obtaining a source radiance vector of spherical harmonic basis coefficients of a point, and for a sample point on a diffused surface of the modeled object, performing a dot product of the source radiance vector and the radiance transfer vector. View direction And, for sample points on the glossy surface of the modeled object, based on the source radiance vector, the radiance transfer matrix, and the bidirectional reflectance distribution function of the glossy surface of the modeled object. A step of obtaining an exit radiance for a certain view direction, and a step of shading the modeled object at the plurality of sample points based on the exit radiance in the view direction of each of the plurality of sample points. And a step including.
【請求項27】 前記ビュー方向についての出射放射輝
度を求めるステップが、 前記光源放射輝度ベクトルと前記放射輝度伝達行列を乗
算することと、 前記光源放射輝度ベクトルと前記放射輝度伝達行列との
積への前記光沢表面の双方向反射分布関数の畳み込みを
前記ビュー方向について前記サンプル点で評価して、前
記ビュー方向の出射放射輝度を得ることとを含むことを
特徴とする請求項26に記載の方法。
27. Determining the exit radiance for the view direction comprises multiplying the source radiance vector by the radiance transfer matrix, and determining a product of the source radiance vector and the radiance transfer matrix. 27. Evaluating the convolution of the bidirectional reflectance distribution function of the glossy surface of at the sample point for the view direction to obtain an exit radiance in the view direction. .
【請求項28】 第2のコンピュータで行われる画像レ
ンダリング段階で、ユーザコントロール下で前記レンダ
リング時のライティング環境を選択することと、 ユーザコントロールによって選択された各種のライティ
ング環境について前記モデリングされたオブジェクトの
さらなる画像をレンダリングすることとをさらに含むこ
とを特徴とする請求項26に記載の方法。
28. In an image rendering step performed on a second computer, selecting a lighting environment at the time of rendering under user control, and selecting the modeled object for various lighting environments selected by the user control. The method of claim 26, further comprising rendering a further image.
【請求項29】 第2のコンピュータで行われる画像レ
ンダリング段階で、 ユーザコントロール下で前記ビュー方向を変化させるこ
とと、 ユーザによってコントロールされる各種のビュー方向に
ついての前記モデリングされたオブジェクトのさらなる
画像をレンダリングすることとをさらに含むことを特徴
とする請求項26に記載の方法。
29. In a second computer-implemented image rendering step, changing the view direction under user control, and providing additional images of the modeled object for various view directions controlled by the user. The method of claim 26, further comprising: rendering.
【請求項30】 オブジェクトの幾何学モデルを記憶す
るメモリと、 モデリングされたオブジェクト上の複数の位置のライテ
ィングの自己シャドーイングおよび相互反射をシミュレ
ートして、複数の位置における、領域支持ライティング
基底関数の線形結合に対するグローバル伝達効果を含む
前記オブジェクトの放射反応を表す放射輝度伝達データ
を生成するイルミネーションシミュレータと、 前記放射輝度伝達データに基づいて、あるビューについ
てあるライティング環境で前記モデリングされたオブジ
ェクトの前記複数の位置で放射輝度伝達を評価し、放射
輝度伝達の評価に従ってシェーディングした前記モデリ
ングされたオブジェクトの画像を生成するリアルタイム
画像レンダリングエンジンと、 前記画像を提示する画像出力装置とを備えることを特徴
とするコンピュータグラフィック画像レンダリングシス
テム。
30. A memory for storing a geometrical model of an object and a region-supported lighting basis function at a plurality of positions simulating self-shadowing and inter-reflection of lighting at a plurality of positions on a modeled object. An illumination simulator that produces radiance transfer data representing the radiative response of the object including a global transfer effect for a linear combination of the radiance transfer data, and the radiance transfer data for the view of the modeled object in a lighting environment for a view A real-time image rendering engine that evaluates radiance transfer at a plurality of positions and generates an image of the modeled object shaded according to the radiance transfer evaluation, and an image output device that presents the image. A computer graphic image rendering system comprising.
【請求項31】 前記放射輝度伝達データは、前記複数
の位置における前記モデリングされたオブジェクトのソ
ース放射輝度の出射放射輝度への伝達を表すことを特徴
とする請求項30に記載のコンピュータグラフィック画
像レンダリングシステム。
31. The computer graphic image rendering of claim 30, wherein the radiance transfer data represents a transfer of source radiance of the modeled object at the plurality of positions to output radiance. system.
【請求項32】 前記放射輝度伝達データは、前記複数
の位置における前記モデリングされたオブジェクトのソ
ース輝度の伝達された光源放射輝度への伝達を表すこと
を特徴とする請求項30に記載のコンピュータグラフィ
ック画像レンダリングシステム。
32. The computer graphic of claim 30, wherein the radiance transfer data represents a transfer of the source brightness of the modeled object at the plurality of locations to a transferred source radiance. Image rendering system.
【請求項33】 オブジェクトの幾何学モデルを記憶す
るメモリと、 前記オブジェクトによる自己シャドーイングと相互反射
を含み、前記オブジェクトの表面上の複数の点において
球面調和関数基底でパラメータ化された、基準とする低
周波数ライティング環境に対する放射輝度反応を計算す
るイルミネーションシミュレータと、 前記球面調和関数基底でパラメータ化された前記複数の
点における光源放射輝度を計算し、前記光源放射輝度と
放射輝度反応を組み合わせる変換を処理してあるビュー
への前記複数の点からの出射放射輝度を得て、前記ビュ
ーへの前記複数の点個々の出射放射輝度に従って前記複
数の点で前記オブジェクトをシェーディングした前記オ
ブジェクトの画像を生成するリアルタイム画像レンダリ
ングエンジンと、 前記画像を提示する画像出力装置とを備えることを特徴
とするコンピュータグラフィック画像レンダリングシス
テム。
33. A memory for storing a geometric model of an object, a reference including self-shadowing and interreflection by the object, parametrized by a spherical harmonic basis at a plurality of points on the surface of the object; An illumination simulator for calculating a radiance response to a low-frequency lighting environment, calculating a source radiance at the plurality of points parameterized by the spherical harmonic basis, and transforming the source radiance and the radiance response in combination. Obtaining the exit radiance from the plurality of points to the processed view and generating an image of the object that shades the object at the plurality of points according to the exit radiance of each of the plurality of points to the view A real-time image rendering engine, A computer graphic image rendering system comprising: an image output device that presents an image.
【請求項34】 オブジェクトの幾何学モデルと、領域
支持基底関数の線形結合として表された基準ライティン
グ環境でシミュレートされた、前記オブジェクトによる
自己シャドーイングおよび相互反射を含む前記オブジェ
クトの表面上の複数の点の放射輝度反応データとを記憶
するメモリと、 前記複数の点における光源放射輝度を計算し、前記光源
放射輝度と放射輝度反応を組み合わせる変換を処理して
あるビューについての前記複数の点からの出射放射輝度
を得て、前記ビューについての前記複数の点個々の出射
放射輝度に従って前記複数の点で前記オブジェクトをシ
ェーディングした前記オブジェクトの画像を生成するリ
アルタイム画像レンダリングエンジンと、前記画像を提
示する画像出力装置とを備えることを特徴とするリアル
タイムグラフィックレンダリングシステム。
34. A plurality of objects on the surface of the object including self-shadowing and inter-reflection by the object simulated in a reference lighting environment represented as a linear combination of a geometric model of the object and a region-supporting basis function. A memory for storing radiance response data for the points, calculating the source radiance at the plurality of points, and processing the transformation combining the source radiance and the radiance response from the plurality of points for the view Presenting the image and a real-time image rendering engine that obtains an output radiance of the object and generates an image of the object that shades the object at the points according to the output radiance of each of the points for the view. An image output device. -Time graphics rendering system.
【請求項35】 前記放射輝度反応データは球面調和関
数基底でパラメータ化されることを特徴とする請求項3
4に記載のリアルタイムグラフィックレンダリングシス
テム。
35. The radiance response data is parameterized with a spherical harmonic basis.
4. The real-time graphic rendering system according to item 4.
【請求項36】 前記入射放射輝度は球面調和関数基底
でパラメータ化されることを特徴とする請求項34に記
載のリアルタイムグラフィックレンダリングシステム。
36. The real-time graphic rendering system of claim 34, wherein the incident radiance is parameterized with a spherical harmonic basis.
【請求項37】 オブジェクトの幾何学モデルおよび前
記オブジェクト上の複数の点の放射輝度自己伝達反応を
含むデータを処理して、それにより幾何学的にモデリン
グされたオブジェクトの画像をレンダリングするプログ
ラムコードを担持するコンピュータ可読データ担持媒体
であって、前記プログラムコードは、 領域支持基底関数の線形結合として表されたライティン
グ環境で前記オブジェクトに近い1つまたは複数のサン
プル点で光源ライティングを計算するプログラムコード
手段と、 前記光源ライティングのデータと前記放射輝度自己伝達
反応を組み合わせて、あるビュー方向への前記オブジェ
クト上の前記点からの出射放射輝度を得るプログラムコ
ード手段とを備えることを特徴とするコンピュータ可読
データ担持媒体。
37. Program code for processing data comprising a geometric model of an object and radiance self-transfer reactions of a plurality of points on said object, thereby rendering an image of the geometrically modeled object. A computer-readable data-bearing medium for carrying the program code means for calculating light source lighting at one or more sample points close to the object in a lighting environment represented as a linear combination of region-supporting basis functions. And computer program readable means for combining the illuminant lighting data and the radiance self-transmission response to obtain exit radiance from the point on the object in a view direction. Carrier medium.
【請求項38】 前記放射輝度自己伝達反応データは、
前記オブジェクトの拡散表面上の点について、領域支持
ライティング基底の放射輝度自己伝達反応ベクトルを含
み、前記プログラムコードはさらに、前記オブジェクト
の前記拡散表面上の前記点の場合に光源光ベクトルと前
記放射輝度自己伝達反応ベクトルとのドット積を行って
前記ビュー方向への前記オブジェクト上の前記点からの
前記出射放射輝度を得るプログラムコード手段を備える
ことを特徴とする請求項35に記載のコンピュータ可読
データ担持媒体。
38. The radiance self-transfer response data is
For a point on the diffuse surface of the object, including a radiance self-transfer response vector of a region-supported lighting basis, the program code further includes a source light vector and the radiance for the point on the diffuse surface of the object. 36. Computer-readable data carrier according to claim 35, comprising program code means for performing a dot product with a self-transfer reaction vector to obtain the exit radiance from the point on the object in the view direction. Medium.
【請求項39】 前記領域支持ライティング基底が球面
調和関数の基底であることを特徴とする請求項38に記
載のコンピュータ可読データ担持媒体。
39. The computer-readable data-bearing medium of claim 38, wherein the area-supported lighting basis is a spherical harmonic basis.
【請求項40】 前記放射輝度自己伝達反応データは、
前記オブジェクトの光沢表面上の点について、球面調和
関数基底の放射輝度自己伝達反応行列を含み、前記プロ
グラムコードはさらに、前記オブジェクトの前記光沢表
面上の前記点の場合に光源光ベクトル、前記放射輝度自
己伝達反応行列、および双方向反射分布関数に基づい
て、あるビュー方向への前記オブジェクト上の前記点か
らの前記出射放射輝度を求めるプログラムコード手段を
備えることを特徴とする請求項37に記載のコンピュー
タ可読データ担持媒体。
40. The radiance self-transfer response data is
A point on the glossy surface of the object, including a radiance self-transfer reaction matrix of a spherical harmonic basis, the program code further comprising a source light vector, the radiance for the point on the glossy surface of the object, 38. Program code means for determining the exit radiance from the point on the object in a view direction based on a self-transfer response matrix and a bidirectional reflectance distribution function. Computer-readable data-bearing medium.
【請求項41】 前記出射放射輝度を求めることが、 光源光ベクトルと前記放射輝度自己伝達反応行列との行
列ベクトル乗算を行い、前記行列ベクトル乗算の積に、
前記ビュー方向について評価された双方向反射分布関数
を畳み込んで、前記ビュー方向への前記オブジェクト上
の前記点からの前記出射放射輝度を得ることを備えるこ
とを特徴とする請求項40に記載のコンピュータ可読デ
ータ担持媒体。
41. Obtaining the outgoing radiance comprises: matrix-vector multiplication of a light source light vector and the radiance self-transfer reaction matrix;
41. The method of claim 40, comprising convolving a bidirectional reflectance distribution function evaluated for the view direction to obtain the exit radiance from the point on the object in the view direction. Computer-readable data-bearing medium.
【請求項42】 前記出射放射輝度を求めることがさら
に、 前記行列ベクトル乗算の積に、前記ビュー方向について
評価した双方向反射分布関数を畳み込んで、前記ビュー
方向への前記オブジェクト上の前記点からの前記出射放
射輝度を得ることを含むことを特徴とする請求項41に
記載のコンピュータ可読データ担持媒体。
42. Determining the exit radiance further comprises convolving a product of the matrix-vector multiplication with a bidirectional reflectance distribution function evaluated for the view direction to determine the points on the object in the view direction. 42. The computer-readable data-bearing medium of claim 41 including obtaining the exit radiance from the.
【請求項43】 前記放射輝度自己伝達反応データは放
射輝度自己伝達反応行列を含み、前記プログラムコード
はさらに、前記光源光ベクトルと前記放射輝度自己伝達
反応行列との行列ベクトル乗算を行うことにより、ある
ビュー方向についての前記オブジェクト上の点からの前
記出射放射輝度を求めるプログラムコード手段を備える
ことを特徴とする請求項37に記載のコンピュータ可読
データ担持媒体。
43. The radiance self-transfer reaction data includes a radiance self-transfer reaction matrix, and the program code further performs matrix-vector multiplication of the source light vector and the radiance self-transfer reaction matrix. 38. The computer-readable data-bearing medium of claim 37, comprising program code means for determining the exit radiance from a point on the object for a view direction.
【請求項44】 低周波数ライティング環境にあるモデ
リングされたオブジェクトのコンピュータグラフィック
画像のレンダリングおよび表示に使用する前記ライティ
ング環境の入射放射輝度フィールドを評価する、コンピ
ュータによって行われる方法であって、 前記ライティング環境中のある点からの複数の方向にお
ける光源放射輝度の画像を生成するステップと、 画像を変換して、前記ライティング環境の前記点におけ
る前記光源放射輝度フィールドの領域支持ライティング
基底関数の線形結合としての表現にするステップと、 前記ライティング環境でモデリングされたオブジェクト
の画像をレンダリングする際に、ライティング基底表現
を使用して前記点で前記モデリングされたオブジェクト
をシェーディングするステップと、 前記ライティング環境にある前記モデリングされたオブ
ジェクトの前記画像を視覚的に提示するステップとを含
むことを特徴とする方法。
44. A computer implemented method for evaluating an incident radiance field of a lighting environment for use in rendering and displaying a computer graphic image of a modeled object in a low frequency lighting environment, the lighting environment. Generating an image of the source radiance in multiple directions from a point in the image, transforming the image as a linear combination of area-supported lighting basis functions of the source radiance field at the point in the lighting environment. Rendering, shading the modeled object at the points using a lighting basis representation when rendering an image of the modeled object in the lighting environment; Method characterized by including the step of visually presenting the image of the modeled object in Lighting environment.
【請求項45】 前記ライティング基底表現が球面調和
関数基底表現であることを特徴とする請求項44に記載
の方法。
45. The method of claim 44, wherein the lighting basis representation is a spherical harmonic basis representation.
【請求項46】 コンピュータ上でグラフィックハード
ウェアを使用して、動的なシーン内のモデリングされた
オブジェクトのコンピュータグラフィック画像のレンダ
リングおよび表示に使用する放射輝度サンプルを前記動
的なシーン内でライティング環境を用いて取り込む方法
であって、 領域支持ライティング基底関数を表す、事前に計算され
たテクスチャ画像のセットを記憶するステップと、 前記グラフィックハードウェアで、前記動的なシーン中
のサンプル点から画像のセットをレンダリングするステ
ップであって、前記画像が前記動的シーンの前記ライテ
ィング環境からのソース光を表すステップと、 前記グラフィックハードウェアで、光源光画像のセット
および前記事前に計算されたテクスチャ画像セットの関
数として光源放射輝度を前記サンプル点で射影して、前
記サンプル点における前記ソース放射輝度を前記領域支
持ライティング基底に得るステップと、 前記ライティング環境でモデリングされたオブジェクト
の画像をレンダリングする際に、前記サンプル点の前記
光源放射輝度を使用して前記点で前記モデリングされた
オブジェクトをシェーディングするステップと、 前記ライティング環境にある前記モデリングされたオブ
ジェクトの前記画像を視覚的に提示するステップとを含
むことを特徴とする方法。
46. A lighting environment within a dynamic scene for use in rendering and displaying a computer graphic image of a modeled object in the dynamic scene using graphics hardware on the computer. Storing a set of pre-computed texture images representing region-supported lighting basis functions, the method comprising: capturing, from the sample points in the dynamic scene, the image from the sample points in the dynamic scene. Rendering a set, wherein the image represents source light from the lighting environment of the dynamic scene, the set of source light images and the pre-computed texture image in the graphics hardware. Source radiance as a function of set Projecting degrees at the sample points to obtain the source radiance at the sample points in the region-supported lighting basis; and, when rendering an image of an object modeled in the lighting environment, the sample points at the sample points. Shading the modeled object at the point using a source radiance, and visually presenting the image of the modeled object in the lighting environment. .
【請求項47】 前記事前に計算されたテクスチャ画像
は、球面調和関数(SH)の基底関数のセットを表すこ
とを特徴とする請求項46に記載の方法。
47. The method of claim 46, wherein the pre-computed texture image represents a set of spherical harmonic (SH) basis functions.
【請求項48】 前記球面調和関数の基底関数のセット
は、差分立体角で重みをつけ、前記角度のキューブマッ
プ球面パラメータ化を介して評価されることを特徴とす
る請求項47に記載の方法。
48. The method of claim 47, wherein the set of spherical harmonic basis functions is weighted by a differential solid angle and evaluated via a cubemap sphere parameterization of the angle. .
【請求項49】 前記レンダリングされた画像が、前記
動的シーンの低周波数ライティング環境からの光源光の
キューブマップ球面パラメータ化の面に対応することを
特徴とする請求項46に記載の方法。
49. The method of claim 46, wherein the rendered image corresponds to a surface of a cubemap spherical parameterization of source light from a low frequency lighting environment of the dynamic scene.
【請求項50】 コンピュータ上でグラフィックハード
ウェアを使用して、動的なシーン内のモデリングされた
オブジェクトのコンピュータグラフィック画像のレンダ
リングおよび表示に使用する放射輝度サンプルを前記動
的なシーン内でライティング環境を用いて取り込む方法
であって、 差分立体角によって重みを付け、前記角度のキューブマ
ップ球面パラメータ化を介して評価された球面調和関数
(SH)基底関数のセットについて事前に計算されたテ
クスチャ画像のセットを記憶するステップと、 前記グラフィックハードウェアで、前記動的シーン内の
サンプル点から画像のセットをレンダリングするステッ
プであって、前記画像が前記動的シーンの低周波数ライ
ティング環境からの光源光のキューブマップ球面パラメ
ータ化の面に対応するステップと、 前記グラフィックハードウェアで、光源光画像のセット
と前記SH基底関数テクスチャ画像のセットとのドット
積として、前記サンプル点の前記光放射輝度を球面調和
関数係数に射影して、前記サンプル点における光源放射
輝度を前記SH基底に得るステップと、 前記ライティング環境でモデリングされたオブジェクト
の画像をレンダリングする際に、前記サンプル点におけ
る前記SH基底の前記光放射輝度を使用して前記点で前
記モデリングされたオブジェクトをシェーディングする
ステップと、 前記ライティング環境の前記モデリングされたオブジェ
クトの前記画像を視覚的に提示するステップとを含むこ
とを特徴とする方法。
50. A radiance sample lighting environment within a dynamic scene for use in rendering and displaying computer graphic images of modeled objects in the dynamic scene using graphics hardware on the computer. Of a texture image pre-computed for a set of spherical harmonic (SH) basis functions weighted by the difference solid angle and evaluated via a cubemap sphere parameterization of said angle. Storing a set, and rendering the set of images in the graphics hardware from sample points in the dynamic scene, the image of the source light from a low frequency lighting environment of the dynamic scene. Cubemap spherical surface Projecting the light radiance at the sample point onto a spherical harmonic coefficient as a dot product of the set of source light images and the set of SH basis function texture images in the graphics hardware, Obtaining the source radiance at a point in the SH basis, and using the light radiance of the SH basis at the sample point in rendering the image of the object modeled in the lighting environment at the point. Shading a modeled object, and visually presenting the image of the modeled object in the lighting environment.
【請求項51】 前記動的なシーン内の空間的に異なる
複数のサンプル点についてレンダリングおよび射影の動
作を繰り返すことをさらに含むことを特徴とする請求項
50に記載の方法。
51. The method of claim 50, further comprising repeating rendering and projection operations for a plurality of spatially different sample points in the dynamic scene.
【請求項52】 SH係数への射影の前に、前記光源光
画像のスーパーサンプリングとボックスフィルタデシメ
ーションをさらに含み、それによりエイリアシングを低
減することを特徴とする請求項50に記載の方法。
52. The method of claim 50, further comprising supersampling and box filter decimation of the source light image prior to projecting to SH coefficients, thereby reducing aliasing.
【請求項53】 SH係数への射影の前に、前記SH基
底関数テクスチャ画像のスーパーサンプリングとボック
スフィルタデシメーションをさらに含むことを特徴とす
る請求項50に記載の方法。
53. The method of claim 50, further comprising supersampling and box filter decimation of the SH basis function texture image prior to projecting onto SH coefficients.
【請求項54】 グラフィックレンダリングのコンピュ
ータシステムであって、 差分立体角によって重みを付け、前記角度のキューブマ
ップ球面パラメータ化を介して評価された球面調和関数
(SH)の基底関数のセットについて事前に計算された
テクスチャ画像のセットを記憶するメモリと、 あるライティング環境を有する動的シーン内のサンプル
点から画像のセットをレンダリングするように動作する
グラフィック処理ボードであって、前記画像は、前記動
的シーンの前記ライティング環境からの光源光のキュー
ブマップ球面パラメータ化の面に対応し、さらに、光源
光画像のセットと前記SH基底関数テクスチャ画像のセ
ットとのドット積として、前記サンプル点における光源
放射輝度を球面調和関数係数に射影して前記サンプル点
の前記光源放射輝度を前記SH基底に得るように動作す
るグラフィック処理ボードと、 前記ライティング環境でモデリングされたオブジェクト
の画像をレンダリングする際に、前記サンプル点におけ
る前記SH基底の前記光源放射輝度を使用して前記点で
前記モデリングされたオブジェクトをシェーディングす
るように動作するリアルタイム画像レンダリングエンジ
ンを実行するシステムプロセッサと、前記画像を提示す
る画像出力装置とを備えることを特徴とするシステム。
54. A computer system for graphic rendering, prior to a set of basis functions of spherical harmonics (SH) weighted by a difference solid angle and evaluated via a cubemap sphere parameterization of said angle. A memory for storing a set of calculated texture images, and a graphics processing board operative to render the set of images from sample points in a dynamic scene having a lighting environment, the image comprising: Source radiance at the sample point corresponding to the cubemap spherical parameterized surface of the source light from the lighting environment of the scene, and further as a dot product of the set of source light images and the set of SH basis function texture images. Of the sample points by projecting A graphics processing board that operates to obtain the source radiance at the SH basis, and uses the source radiance at the SH basis at the sample point in rendering an image of an object modeled in the lighting environment. And a system for executing a real-time image rendering engine operative to shade the modeled object at the point, and an image output device for presenting the image.
【請求項55】 コンピュータのグラフィックハードウ
ェアを使用して、動的なシーン内にあるモデリングされ
たオブジェクトのコンピュータグラフィック画像のレン
ダリングおよび表示に用いられる放射輝度サンプルを前
記シーン内でライティング環境を用いて取り込むプログ
ラムコードを担持するコンピュータ可読データ担持媒体
であって、前記プログラムコードは、 前記グラフィックハードウェアに、前記動的なシーン中
のサンプル点から画像のセットをレンダリングさせ、前
記画像が、前記動的シーンの低周波数ライティング環境
からの光源光のキューブマップ球面パラメータ化の面に
対応するプログラムコード手段と、 前記グラフィックハードウェアに、光源光画像のセット
と、差分立体角によって重みを付け前記角度のキューブ
マップ球面パラメータ化を介して評価された球面調和関
数(SH)基底関数のセットについて事前に計算された
SH基底関数テクスチャ画像のセットとのドット積とし
て、前記サンプル点における入射放射輝度を球面調和関
数係数に射影させて、前記サンプル点の前記入射放射輝
度を前記SH基底に得させるプログラムコード手段と、 前記ライティング環境でモデリングされたオブジェクト
の画像をレンダリングする際に、前記サンプル点におけ
る前記SH基底の前記入射放射輝度を使用して前記点に
おいて前記モデリングされたオブジェクトをシェーディ
ングするプログラムコード手段と、 前記ライティング環境で前記モデリングされたオブジェ
クトの前記画像を視覚的に提示するプログラムコード手
段とを備えることを特徴とするコンピュータ可読データ
担持媒体。
55. Using computer graphics hardware, a radiance sample used to render and display a computer graphic image of a modeled object in a dynamic scene using a lighting environment in the scene. A computer-readable data-bearing medium carrying captured program code, the program code causing the graphics hardware to render a set of images from sample points in the dynamic scene, the images being the dynamic images. Cube map of source light from a low frequency lighting environment of the scene, program code means corresponding to the surface of the spherical parametrization, said graphic hardware having a set of source light images and a cube of said angles weighted by a differential solid angle. Spherical harmonics of the incident radiance at the sample points as a dot product with a set of SH basis function texture images previously calculated for a set of spherical harmonic function (SH) basis functions evaluated via spherical surface parameterization Program code means for projecting onto a function coefficient to obtain the incident radiance at the sample point in the SH basis, and the SH basis at the sample point in rendering an image of an object modeled in the lighting environment. Program code means for shading the modeled object at the point using the incident radiance of, and program code means for visually presenting the image of the modeled object in the lighting environment. A compilation featuring Computer-readable data-bearing medium.
【請求項56】 ボリュームモデルのコンピュータグラ
フィック画像のリアルタイムレンダリングおよび表示に
使用する放射輝度自己伝達データを生成する、コンピュ
ータによって行われる方法であって、 照明を当てたボリューム上のライティングの自己シャド
ーイングおよび相互反射をシミュレートして、前記ボリ
ュームモデルの複数のボリューム要素についての、領域
支持ライティング基底関数の線形結合に対するグローバ
ル伝達効果を含む放射輝度反応を表す放射輝度伝達デー
タを生成するステップと、 前記放射輝度伝達データに基づいて、あるビューについ
てあるライティング環境で前記複数のボリューム要素の
放射輝度伝達を評価するステップと、 前記放射輝度伝達の評価に従ってシェーディングした前
記ボリュームモデルの画像を生成するステップとを含む
ことを特徴とする方法。
56. A computer-implemented method of generating radiance self-transfer data for use in real-time rendering and display of a computer graphics image of a volume model, the method including self-shadowing of lighting on an illuminated volume, and Simulating inter-reflections to generate radiance transfer data representing radiance responses including global transfer effects for a linear combination of area-supported lighting basis functions for a plurality of volume elements of the volume model; Evaluating the radiance transfer of the plurality of volume elements in a lighting environment for a view based on the brightness transfer data; and an image of the volume model shaded according to the evaluation of the radiance transfer. And generating.
【請求項57】 ボリュームモデルのコンピュータグラ
フィック画像のリアルタイムレンダリングおよび表示に
使用する放射輝度自己伝達データを生成する、コンピュ
ータによって行われる方法であって、 領域支持基底関数の線形結合として表された基準ライテ
ィング環境についてボリュームにグローバルイルミネー
ションシミュレーションを行うステップであって、前記
シミュレーションは、前記ボリュームモデルの複数のボ
リューム要素について放射輝度伝達を計算し、前記シミ
ュレーションは前記ボリュームモデルの自己シャドーイ
ングおよび相互反射を取り入れるステップと、 前記ボリュームモデル上の放射輝度伝達をレンダリング
して前記ボリュームモデルのグラフィック画像を生成す
る際に用いるために、前記複数のボリューム要素につい
てのグローバルイルミネーションシミュレーションを、
前記基底関数の係数の線形変換として記録するステップ
とを含むことを特徴とする方法。
57. A computer-implemented method of generating radiance self-transfer data for use in real-time rendering and display of a computer graphics image of a volume model, the reference lighting represented as a linear combination of area-supported basis functions. A global illumination simulation of a volume for an environment, the simulation calculating radiance transfer for a plurality of volume elements of the volume model, the simulation incorporating self-shadowing and mutual reflection of the volume model. And a plurality of volumes for use in rendering a radiance transfer on the volume model to generate a graphic image of the volume model. Global illumination simulation for the original,
Recording as a linear transformation of the coefficients of the basis function.
【請求項58】 前記基準ライティング環境を光源光の
球面の球面調和関数基底の射影としてパラメータ化する
ことを特徴とする請求項57に記載の方法。
58. The method of claim 57, wherein the reference lighting environment is parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of a sphere of source light.
【請求項59】 前記グローバルイルミネーションシミ
ュレーションを複数のパスで前記ボリュームモデルに行
うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記ボリュームモデルを
貫通する経路に沿った減衰を含む、前記基準ライティン
グ環境にある前記ボリュームモデルの複数のボリューム
要素の直接照明をシミュレートするステップと、 続く相互反射パスで、前記ボリュームモデルを貫通する
減衰を含む、前記ボリュームモデルの他のボリューム要
素による前記ボリュームモデルの前記ボリューム要素の
相互反射照明をシミュレートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された放射輝度伝達データ
を合計して、前記サンプル点における合計放射輝度伝達
を生成するステップとを含むことを特徴とする請求項5
7に記載の方法。
59. In the reference lighting environment, comprising: performing the global illumination simulation on the volume model in a plurality of passes; and including an attenuation along a path through the volume model in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of multiple volume elements of the volume model, with subsequent inter-reflection paths including attenuation through the volume model of the volume element of the volume model by other volume elements of the volume model. Simulating inter-reflection illumination, repeating the inter-reflection path until the conditions are met, and for a sample point, sum the radiance transfer data accumulated in the first shadowing path and the following inter-reflection paths. do it Claim 5, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer in the sample point
7. The method according to 7.
【請求項60】 ボリュームモデルのコンピュータグラ
フィック画像をリアルタイムレンダリングする、コンピ
ュータによって行われる方法であって、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源ライティングデータを計算するステップと、 前記ボリュームモデルの複数のボリューム要素について
事前に計算された放射輝度伝達データに従って、前記計
算された光源ライティングデータに線形変換を行って、
あるビューについての前記ボリューム要素からの出射放
射輝度のデータを得るステップであって、前記放射輝度
伝達データは、基準とするライティング環境下での位置
における光源光に対する前記ボリュームモデルのグロー
バル伝播効果を含む放射輝度反応を表すステップと、 前記位置からの前記出射放射輝度に従ってシェーディン
グした、前記ライティング環境で前記ビューについての
モデリングされたオブジェクトの画像を生成するステッ
プとを含むことを特徴とする方法。
60. A computer-implemented method of real-time rendering a computer graphic image of a volume model, the method comprising: calculating illuminant lighting data for at least one sampling point in a lighting environment; Performing a linear transformation on the calculated illuminant lighting data according to the radiance transfer data previously calculated for the volume element,
Obtaining data of outgoing radiance from the volume element for a view, the radiance transfer data including global propagation effects of the volume model on a source light at a position in a reference lighting environment. Representing a radiance response, and generating an image of a modeled object for the view in the lighting environment, shaded according to the exit radiance from the location.
【請求項61】 事前計算として、光源光の球面の球面
調和関数基底の射影としてパラメータ化された基準ライ
ティング環境について前記ボリュームにグローバルイル
ミネーションシミュレーションを行うステップであっ
て、前記射影は球面調和関数の係数を有し、前記シミュ
レーションは、前記ボリュームモデルの複数のボリュー
ム要素の放射輝度伝達を計算し、前記シミュレーション
は前記ボリュームモデルの自己シャドーイングおよび相
互反射を取り入れるステップと、 前記複数のボリューム要素に対する前記グローバルイル
ミネーションシミュレーションを前記光源光の前記球面
調和関数の係数の線形変換として記録して、前記放射輝
度伝達データを形成するステップとを含むことを特徴と
する請求項60に記載の方法。
61. As a pre-calculation, a step of performing global illumination simulation on the volume for a reference lighting environment parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of the spherical surface of the source light, the projection being a coefficient of a spherical harmonic function. And the simulation calculates radiance transfer of a plurality of volume elements of the volume model, the simulation incorporating self-shadowing and inter-reflection of the volume model, the global for the plurality of volume elements. 61. recording the illumination simulation as a linear transformation of the coefficients of the spherical harmonics of the source light to form the radiance transfer data.
【請求項62】 前記グローバルイルミネーションシミ
ュレーションを複数のパスで前記ボリュームモデルに行
うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記ボリュームモデルを
貫通する経路に沿った減衰を含む、前記基準ライティン
グ環境にある前記ボリュームモデルの複数のボリューム
要素の直接照明をシミュレートするステップと、 続く相互反射パスで、前記ボリュームモデルを貫通する
減衰を含む、前記ボリュームモデルの他のボリューム要
素による前記ボリュームモデルの前記ボリューム要素の
相互反射照明をシミュレートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点における合計放射輝度
伝達を生成するステップとを含むことを特徴とする請求
項61に記載の方法。
62. In the reference lighting environment, comprising: performing the global illumination simulation on the volume model in multiple passes; and including attenuation along a path through the volume model in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of multiple volume elements of the volume model, with subsequent inter-reflection paths including attenuation through the volume model of the volume element of the volume model by other volume elements of the volume model. Simulating inter-reflective illumination, repeating the inter-reflective path until a condition is met, and for a sample point the radiance transfer data accumulated in the first shadowing pass and the following inter-reflective pass. total Te method of claim 61, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer in the sample points.
【請求項63】 ボリュームモデルのコンピュータグラ
フィック画像をリアルタイムレンダリングするコンピュ
ータグラフィック画像レンダリングシステムであって、 ボリュームモデルを記憶するメモリと、 基準とするライティング環境で照明を当てた前記ボリュ
ームモデルの複数のボリューム要素にライティングの自
己シャドーイングおよび相互反射をシミュレートして、
前記ボリュームモデルの前記ボリューム要素の光源光か
ら出射光への放射輝度伝達を表すデータを生成するイル
ミネーションシミュレータと、 前記放射輝度伝達データに基づいて、あるビュー方向に
ついて第2のライティング環境で前記ボリュームモデル
の前記ボリューム要素で放射輝度伝達を評価し、前記放
射輝度伝達の評価に従ってシェーディングした前記ボリ
ュームモデルの画像を生成するリアルタイム画像レンダ
リングエンジンと、 前記画像を提示する画像出力装置とを備えることを特徴
とするシステム。
63. A computer graphic image rendering system for real time rendering a computer graphic image of a volume model, the memory storing a volume model and a plurality of volume elements of the volume model illuminated in a reference lighting environment. Simulates self-shadowing and inter-reflection of lighting in
An illumination simulator that generates data representing radiance transfer from light source light to output light of the volume element of the volume model; and the volume model in a second lighting environment for a certain view direction based on the radiance transfer data. And a real-time image rendering engine for generating an image of the volume model shaded according to the evaluation of the radiance transfer, and an image output device for presenting the image. System to do.
【請求項64】 プログラムを担持したコンピュータ可
読プログラム担持媒体であって、前記プログラムはコン
ピュータで実行して、ボリュームモデルのコンピュータ
グラフィック画像のリアルタイムレンダリングおよび表
示に使用する放射輝度自己伝達データを生成する方法を
行うことができ、前記方法は、 光源光の球面の球面調和関数基底の射影としてパラメー
タ化された基準低周波数ライティング環境についてボリ
ュームにグローバルイルミネーションシミュレーション
を行うステップであって、前記射影は球面調和関数の係
数を有し、前記シミュレーションは、前記ボリュームモ
デルの複数のボリューム要素の放射輝度伝達を計算し、
前記シミュレーションは前記ボリュームモデルの自己シ
ャドーイングおよび相互反射を取り入れるステップと、 前記ボリュームモデル上の放射輝度伝達をレンダリング
して前記ボリュームモデルのグラフィック画像を生成す
る際に用いるために、前記複数のボリューム要素に対す
る前記グローバルイルミネーションシミュレーションを
前記光源光の前記球面調和関数係数の線形変換として記
録するステップとを含むことを特徴とする媒体。
64. A computer-readable program-bearing medium carrying a program, the method executing on a computer to generate radiance self-transfer data for use in real-time rendering and display of a computer graphic image of a volume model. And the method is a step of performing global illumination simulation on a volume for a reference low frequency lighting environment parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of a spherical surface of the source light, the projection being a spherical harmonic function. And the simulation computes the radiance transfer of a plurality of volume elements of the volume model,
The simulation incorporates self-shadowing and mutual reflection of the volume model, and the plurality of volume elements for use in rendering radiance transfer on the volume model to generate a graphic image of the volume model. Recording the global illumination simulation as a linear transformation of the spherical harmonic coefficient of the source light.
【請求項65】 前記方法はさらに、 前記グローバルイルミネーションシミュレーションを複
数のパスで前記ボリュームモデルに行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記ボリュームモデルを
貫通する経路に沿った減衰を含む、前記基準低周波数ラ
イティング環境にある前記ボリュームモデルの複数のボ
リューム要素の直接照明をシミュレートするステップ
と、 続く相互反射パスで、前記ボリュームモデルを貫通する
減衰を含む、前記ボリュームモデルの他のボリューム要
素による前記ボリュームモデルの前記ボリューム要素の
相互反射照明をシミュレートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項64
に記載の媒体。
65. The method further comprising: performing the global illumination simulation on the volume model in multiple passes; and damping along a path through the volume model in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of a plurality of volume elements of the volume model in a low frequency lighting environment, the subsequent inter-reflection path including attenuation through the volume model by the other volume elements of the volume model. Simulating the inter-reflecting illumination of the volume element of the volume model, repeating the inter-reflective path until a condition is satisfied, and for a sample point, accumulating in the first shadowing path and the following inter-reflective path. Before By summing the radiance transfer data, according to claim 64, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer of the sample point
The medium described in.
【請求項66】 プログラムを担持したコンピュータ可
読プログラム担持媒体であって、前記プログラムはコン
ピュータで実行してボリュームモデルのコンピュータグ
ラフィック画像のリアルタイムレンダリングの方法を行
うことができ、前記方法は、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源ライティングデータを計算するステップと、 前記ボリュームモデルの複数のボリューム要素について
事前に計算された放射輝度伝達データに従って、前記計
算された光源ライティングデータに線形変換を行って、
あるビュー方向についての前記ボリューム要素からの出
射放射輝度のデータを得るステップであって、前記放射
輝度伝達データは、前記ボリュームモデルの前記ボリュ
ーム要素の領域支持ライティング基底関数の線形結合に
対するグローバル伝達効果を含む放射輝度反応を表すス
テップと、 前記位置からの前記出射放射輝度に従ってシェーディン
グした、前記ライティング環境における前記ビューにつ
いての前記モデリングされたオブジェクトの画像を生成
するステップとを含むことを特徴とするコンピュータ可
読プログラム担持媒体。
66. A computer-readable program-bearing medium carrying a program, the program executing on a computer to perform a method of real-time rendering of a computer graphic image of a volume model, the method comprising: a writing environment. Calculating light source lighting data for at least one sampling point with a linear transformation to the calculated light source lighting data according to radiance transfer data previously calculated for a plurality of volume elements of the volume model,
Obtaining data of outgoing radiance from the volume element for a view direction, the radiance transfer data comprising a global transfer effect on a linear combination of area-supported lighting basis functions of the volume element of the volume model. Representing a radiance response comprising: producing a modeled image of the modeled object for the view in the lighting environment, shaded according to the exit radiance from the location. Program carrying medium.
【請求項67】 前記方法はさらに、 事前計算として、光源光の球面の球面調和関数基底の射
影としてパラメータ化された基準低周波数ライティング
環境について前記ボリュームにグローバルイルミネーシ
ョンシミュレーションを行うステップであって、前記射
影は球面調和関数の係数を有し、前記シミュレーション
は、前記ボリュームモデルの複数のボリューム要素の放
射輝度伝達を計算し、前記シミュレーションは前記ボリ
ュームモデルの自己シャドーイングおよび相互反射を取
り入れるステップと、 前記複数のボリューム要素に対する前記グローバルイル
ミネーションシミュレーションを前記光源光の前記球面
調和関数の係数の線形変換として記録して、前記放射輝
度伝達データを形成するステップとを含むことを特徴と
する請求項66に記載のコンピュータ可読プログラム担
持媒体。
67. The method further comprises, as a pre-computation, performing global illumination simulation on the volume for a reference low frequency lighting environment parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of a sphere of source light, the method comprising: The projections have coefficients of spherical harmonics, the simulation calculating radiance transfer of a plurality of volume elements of the volume model, the simulation incorporating self-shadowing and mutual reflection of the volume model; Recording the global illumination simulation for a plurality of volume elements as a linear transformation of coefficients of the spherical harmonics of the source light to form the radiance transfer data. Computer readable program carrying medium according to.
【請求項68】 前記方法はさらに、 前記グローバルイルミネーションシミュレーションを複
数のパスで前記ボリュームモデルに行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記ボリュームモデルを
貫通する経路に沿った減衰を含む、前記基準低周波数ラ
イティング環境にある前記ボリュームモデルの複数のボ
リューム要素の直接照明をシミュレートするステップ
と、 続く相互反射パスで、前記ボリュームモデルを貫通する
減衰を含む、前記ボリュームモデルの他のボリューム要
素による前記ボリュームモデルの前記ボリューム要素の
相互反射照明をシミュレートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項67
に記載のコンピュータ可読プログラム担持媒体。
68. The method further comprising: performing the global illumination simulation on the volume model in a plurality of passes; and dampening along a path through the volume model in a first shadowing pass. Simulating the direct illumination of a plurality of volume elements of the volume model in a low frequency lighting environment, the subsequent inter-reflection path comprising attenuation through other volume elements of the volume model by the other volume elements of the volume model. Simulating the inter-reflecting illumination of the volume element of the volume model, repeating the inter-reflective path until a condition is met, Before By summing the radiance transfer data, according to claim 67, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer of the sample point
A computer-readable program-bearing medium according to item 1.
【請求項69】 シーン内のモデリングされた対象物の
コンピュータグラフィック画像のリアルタイムレンダリ
ングおよび表示に使用する、前記シーン内のモデリング
されたオブジェクトからの放射輝度近傍伝達データを生
成する、コンピュータによって行われる方法であって、 基底関数の線形結合として表された基準ライティング環
境について前記モデリングされたオブジェクトにグロー
バルイルミネーションシミュレーションを行うステップ
であって、前記シミュレーションは、前記モデリングさ
れたオブジェクト周辺の近接空間中の複数のサンプル点
の放射輝度伝達を計算し、前記シミュレーションは、前
記モデリングされたオブジェクトから前記複数のサンプ
ル点に投じられる自己シャドーイングおよび相互反射を
取り入れるステップと、 前記ボリュームモデル上の放射輝度伝達をレンダリング
して前記ボリュームモデルのグラフィック画像を生成す
る際に使用するために、前記複数のサンプル点に対する
前記グローバルイルミネーションシミュレーションを前
記基底関数の係数の線形変換として記録するステップと
を含むことを特徴とする方法。
69. A computer-implemented method of generating radiance neighborhood transfer data from modeled objects in a scene for use in real-time rendering and display of computer graphic images of modeled objects in the scene. A step of performing a global illumination simulation on the modeled object for a reference lighting environment represented as a linear combination of basis functions, the simulation comprising a plurality of adjacent spaces in a proximity space around the modeled object. Compute the radiance transfer of the sample points and the simulation incorporates self-shadowing and inter-reflections cast from the modeled object to the plurality of sample points. And the global illumination simulation for the plurality of sample points as a linear transformation of the coefficients of the basis function for use in rendering the radiance transfer on the volume model to generate a graphic image of the volume model. A step of recording.
【請求項70】 前記グローバルイルミネーションシミ
ュレーションを複数のパスで前記モデリングされたオブ
ジェクトに行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記モデリングされたオ
ブジェクトからの前記複数のサンプル点のシャドーイン
グを含む、前記基準低周波数ライティング環境中の前記
モデリングされたオブジェクト周辺の前記近接空間内で
前記複数のサンプル点の直接照明をシミュレートするス
テップと、 続く相互反射パスで、前記モデリングされたオブジェク
トからの前記モデリングされたオブジェクト周辺の前記
近接空間内の前記複数のサンプル点の反射照明をシミュ
レートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項69
に記載の方法。
70. Performing the global illumination simulation on the modeled object in a plurality of passes, comprising shadowing the plurality of sample points from the modeled object in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of the plurality of sample points within the proximity space around the modeled object in a reference low frequency lighting environment, with subsequent inter-reflection paths from the modeled object from the modeled object. Simulating the reflected illumination of the plurality of sample points in the proximity space around the object, repeating the inter-reflection path until a condition is met, and for a sample point, the first shadowing path. By summing the radiance transfer data accumulated in the subsequent inter-reflection path, claim 69, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer of the sample point
The method described in.
【請求項71】 前記光源光の球面調和関数係数の線形
変換としての前記複数のサンプル点の前記グローバルイ
ルミネーションシミュレーションの記録が、前記モデリ
ングされたオブジェクトを中心とする3次元グリッド内
の複数の点についての伝達行列の形であることを特徴と
する請求項69に記載の方法。
71. A record of the global illumination simulation of the plurality of sample points as a linear transformation of a spherical harmonic coefficient of the source light is recorded for a plurality of points in a three-dimensional grid centered on the modeled object. 70. The method of claim 69, which is in the form of a transfer matrix of
【請求項72】 モデリングされたオブジェクトを含む
シーン内のモデリングされた対象物のコンピュータグラ
フィック画像をリアルタイムレンダリングする、コンピ
ュータによって行われる方法であって、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点について光源ライティングデータを計算するステップ
と、 前記モデリングされたオブジェクト周辺の近接空間内の
複数のサンプル点について事前に計算された放射輝度近
傍伝達データに従って、前記計算された光源ライティン
グデータに線形変換を行い、あるビューについて前記モ
デリングされた対象物上の複数の位置における転送放射
輝度のデータを得るステップであって、前記放射輝度伝
達データは、基準とするライティング環境下での前記モ
デリングされたオブジェクト周辺の前記近接空間内の前
記複数のサンプル点における光源光に対する前記モデリ
ングされたオブジェクトのグローバル伝播効果を含む放
射輝度反応を表すステップと、 前記複数の位置からの前記転送放射輝度に従ってシェー
ディングした、前記ビューについての前記ライティング
環境における前記モデリングされた対象物の画像を生成
するステップとを含むことを特徴とする方法。
72. A computer implemented method for real time rendering a computer graphic image of a modeled object in a scene including a modeled object, the source lighting data for at least one sampling point in a lighting environment. And performing a linear transformation on the calculated illuminant lighting data according to pre-computed radiance neighborhood transfer data for a plurality of sample points in a near space around the modeled object for a view. Obtaining transfer radiance data at a plurality of locations on the modeled object, the radiance transfer data being the modeled object in a reference lighting environment. Representing a radiance response including global propagation effects of the modeled object to source light at the plurality of sample points in the near space of an edge, shaded according to the transferred radiance from the plurality of locations, Generating an image of the modeled object in the lighting environment for a view.
【請求項73】 前記線形変換を行う動作は、前記複数
のサンプル点の座標系方向を前記モデリングされた対象
物の座標系方向と合わせる動的な回転を行うことを含む
ことを特徴とする請求項72に記載の方法。
73. The operation of performing the linear transformation includes dynamically rotating the coordinate system direction of the plurality of sample points to the coordinate system direction of the modeled object. Item 72. The method according to Item 72.
【請求項74】 事前計算として、光源光の球面の球面
調和関数基底の射影としてパラメータ化された基準低周
波数ライティング環境について前記モデリングされたオ
ブジェクトにグローバルイルミネーションシミュレーシ
ョンを行うステップであって、前記射影は球面調和関数
の係数を有し、前記シミュレーションは、前記モデリン
グされたオブジェクト周辺の前記近接空間中の前記複数
のサンプル点の放射輝度伝達を計算し、前記シミュレー
ションは、前記モデリングされたオブジェクトからのシ
ャドーイングおよび反射を取り入れるステップと、 前記複数のサンプル点に対する前記グローバルイルミネ
ーションシミュレーションを前記光源光の前記球面調和
関数の係数の線形変換として記録して、前記放射輝度伝
達データを生成するステップとを含むことを特徴とする
請求項72に記載の方法。
74. As a pre-computation, performing global illumination simulation on the modeled object for a reference low frequency lighting environment parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of a sphere of source light, the projection comprising: Having a coefficient of spherical harmonics, the simulation calculating radiance transfer of the plurality of sample points in the proximity space around the modeled object, the simulation shadowing from the modeled object. Injecting and reflecting, and recording the global illumination simulation for the plurality of sample points as a linear transformation of the coefficients of the spherical harmonics of the source light to generate the radiance transfer data. The method of claim 72, characterized in that it comprises a-up.
【請求項75】 前記光源光の球面調和関数係数の線形
変換としての前記複数のサンプル点の前記グローバルイ
ルミネーションシミュレーションの記録は、前記モデリ
ングされたオブジェクトを中心とする3次元グリッド内
の複数の点についての伝達行列の形であることを特徴と
する請求項74に記載の方法。
75. The global illumination simulation recording of the plurality of sample points as a linear transformation of the spherical harmonic coefficient of the source light is performed for a plurality of points in a three-dimensional grid centered on the modeled object. 75. The method of claim 74, which is in the form of a transfer matrix of
【請求項76】 前記グローバルイルミネーションシミ
ュレーションを複数のパスで行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記モデリングされたオ
ブジェクトからのシャドーイングを含む、前記基準ライ
ティング環境内の前記モデリングされたオブジェクト周
辺の前記近接空間中の前記複数のサンプル点の直接照明
をシミュレートするステップと、 続く反射パスで、前記モデリングされたオブジェクトに
よる前記複数のサンプル点の反射照明をシミュレートす
るステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項74
に記載の方法。
76. A step of performing the global illumination simulation in multiple passes, the first shadowing pass including a shadowing from the modeled object, around the modeled object in the reference lighting environment. Simulating direct illumination of the plurality of sample points in the near space; simulating reflected illumination of the plurality of sample points by the modeled object in a subsequent reflection pass; Repeating the interreflection path up to, and, for a sample point, summing the radiance transfer data accumulated in the first shadowing path and the subsequent interreflection path to produce a total radiance transfer for the sample point. Including steps to Claim 74, wherein the door
The method described in.
【請求項77】 モデリングされたオブジェクトを含む
シーン内のモデリングされた対象物のコンピュータグラ
フィック画像をリアルタイムレンダリングするコンピュ
ータグラフィック画像レンダリングシステムであって、 前記対象物およびオブジェクトのモデルを記憶するメモ
リと、 基準とするライティング環境で照明を当てた前記モデリ
ングされたオブジェクト周辺の近接空間内の複数のサン
プル点についてライティングの自己シャドーイングおよ
び相互反射をシミュレートして、前記モデリングされた
オブジェクトからの前記複数のサンプル点に対する光源
光から転送入射光への放射輝度伝達を表すデータを生成
するイルミネーションシミュレータと、 前記放射輝度伝達データに基づいて、あるビューについ
て第2のライティング環境で前記モデリングされたオブ
ジェクトから前記モデリングされた対象物への放射輝度
伝達を前記複数のサンプル点で評価し、前記放射輝度伝
達の評価に従ってシェーディングした前記モデリングさ
れた対象物の画像を生成するリアルタイム画像レンダリ
ングエンジンと、 前記画像を提示する画像出力装置とを備えることを特徴
とするシステム。
77. A computer graphic image rendering system for real time rendering a computer graphic image of a modeled object in a scene containing modeled objects, the memory storing a model of the object and the object. A plurality of sample points from the modeled object simulating self-shadowing and inter-reflection of lighting for a plurality of sample points in a close space around the modeled object illuminated in a lighting environment Illumination simulator for generating data representing radiance transfer from source light to transferred incident light for a point, and a second lighting environment for a view based on the radiance transfer data A real-time image that evaluates the radiance transfer from the modeled object to the modeled object at the plurality of sample points and produces an image of the modeled object shaded according to the evaluation of the radiance transfer. A system comprising a rendering engine and an image output device for presenting the image.
【請求項78】 シーン内のモデリングされた対象物の
コンピュータグラフィック画像のリアルタイムレンダリ
ングおよび表示に使用する放射輝度近傍伝達データを前
記シーン内のモデリングされたオブジェクトから生成す
る方法を実行するようにコンピュータをプログラムする
プログラムを担持するコンピュータ可読プログラム担持
媒体であって、前記方法は、 基底関数の線形結合として表された基準ライティング環
境で前記モデリングされたオブジェクトにグローバルイ
ルミネーションシミュレーションを行うステップであっ
て、前記シミュレーションは、前記モデリングされたオ
ブジェクト周辺の近接空間中の複数のサンプル点の放射
輝度伝達を計算し、前記シミュレーションは、前記モデ
リングされたオブジェクトから前記複数のサンプル点に
投じられる自己シャドーイングおよび相互反射を取り入
れるステップと、 前記ボリュームモデル上の放射輝度伝達をレンダリング
して前記ボリュームモデルのグラフィック画像を生成す
る際に使用するために、前記複数のサンプル点に対する
前記グローバルイルミネーションシミュレーションを、
前記基底関数の係数の線形変換として記録するステップ
とを含むことを特徴とするコンピュータ可読プログラム
担持媒体。
78. A computer for performing a method of generating radiance neighborhood transfer data from a modeled object in a scene for use in real-time rendering and display of a computer graphic image of a modeled object in the scene. A computer-readable program-bearing medium carrying a program to be programmed, the method comprising: performing a global illumination simulation on the modeled object in a reference lighting environment represented as a linear combination of basis functions, the simulation comprising: Computes the radiance transfer of a plurality of sample points in the near space around the modeled object, and the simulation calculates the plurality of subsamples from the modeled object. Incorporating self-shadowing and inter-reflections that are cast on pull points, for the plurality of sample points for use in rendering radiance transfer on the volume model to generate a graphic image of the volume model. The global illumination simulation,
Recording as a linear transformation of the coefficients of the basis function.
【請求項79】 前記方法は、 前記グローバルイルミネーションシミュレーションを複
数のパスで前記モデリングされたオブジェクトに行うス
テップと、 最初のシャドーイングパスで、前記モデリングされたオ
ブジェクトからの前記複数のサンプル点のシャドーイン
グを含む、前記基準ライティング環境内の前記モデリン
グされたオブジェクト周辺の前記近接空間内で前記複数
のサンプル点の直接照明をシミュレートするステップ
と、 続く相互反射パスで、前記モデリングされたオブジェク
トからの前記モデリングされたオブジェクト周辺の前記
近接空間内の前記複数のサンプル点の反射照明をシミュ
レートするステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項78
に記載のコンピュータ可読プログラム担持媒体。
79. The method comprises: performing the global illumination simulation on the modeled object in multiple passes; and shadowing the plurality of sample points from the modeled object in a first shadowing pass. Simulating direct illumination of the plurality of sample points in the proximity space around the modeled object in the reference lighting environment, including the following inter-reflection paths from the modeled object: Simulating the reflected illumination of the plurality of sample points in the near space around the modeled object, repeating the inter-reflection path until a condition is met, and for a sample point the first shadowing Scan and by summing the radiance transfer data accumulated in inter-reflection path followed, claim 78, characterized in that it comprises the steps of generating a total radiance transfer of the sample point
A computer-readable program-bearing medium according to item 1.
【請求項80】 線形変換としての前記複数のサンプル
点の前記グローバルイルミネーションシミュレーション
の記録は、前記モデリングされたオブジェクトを中心と
する3次元グリッド内の複数の点についての伝達行列の
形であることを特徴とする請求項79に記載のコンピュ
ータ可読プログラム担持媒体。
80. The recording of the global illumination simulation of the plurality of sample points as a linear transformation is in the form of a transfer matrix for a plurality of points in a three-dimensional grid centered on the modeled object. 80. The computer-readable program-bearing medium of claim 79.
【請求項81】 モデリングされたオブジェクトを含む
シーン内のモデリングされた対象物のコンピュータグラ
フィック画像をリアルタイムレンダリングする方法を実
行するようにコンピュータをプログラムするプログラム
を担持するコンピュータ可読プログラム担持媒体であっ
て、前記方法は、 あるライティング環境で少なくとも1つのサンプリング
点の光源ライティングデータを計算するステップと、 前記モデリングされたオブジェクト周辺の近接空間内の
複数のサンプル点の事前に計算された放射輝度近傍伝達
データに従って、前記計算された光源ライティングデー
タに線形変換を行って、あるビュー方向について前記モ
デリングされた対象物上の複数の位置における出射放射
輝度のデータを得るステップであって、前記放射輝度伝
達データは、基準とするライティング環境下での前記モ
デリングされたオブジェクト周辺の前記近接空間内の前
記複数のサンプル点における光源光に対する前記モデリ
ングされたオブジェクトのグローバル伝播効果を含む放
射輝度反応を表すステップと、 前記複数の位置からの前記出射放射輝度に従ってシェー
ディングした、前記ビュー方向についての前記ライティ
ング環境における前記モデリングされた対象物の画像を
生成するステップとを含むことを特徴とする媒体。
81. A computer-readable program-bearing medium carrying a program for programming a computer to perform a method of real-time rendering a computer graphic image of a modeled object in a scene including a modeled object, comprising: The method calculates light source lighting data for at least one sampling point in a lighting environment, and according to pre-calculated radiance neighborhood transfer data for a plurality of sample points in a near space around the modeled object. Performing a linear transformation on the calculated light source lighting data to obtain output radiance data at a plurality of positions on the modeled object for a view direction, the radiance transfer A step of representing a radiance response including global propagation effects of the modeled object to source light at the plurality of sample points in the proximity space around the modeled object under a reference lighting environment. And generating an image of the modeled object in the lighting environment for the view direction, shaded according to the exit radiance from the plurality of positions.
【請求項82】 前記線形変換を行う動作は、前記複数
のサンプル点の座標系方向を前記モデリングされた対象
物の座標系方向と合わせる動的な回転を行うことを含む
ことを特徴とする請求項81に記載の媒体。
82. The operation of performing the linear transformation includes dynamically rotating the coordinate system direction of the plurality of sample points with the coordinate system direction of the modeled object. Item 81. The medium according to Item 81.
【請求項83】 前記方法は、事前計算として、光源光
の球面の球面調和関数基底の射影としてパラメータ化さ
れた基準ライティング環境で前記モデリングされたオブ
ジェクトにグローバルイルミネーションシミュレーショ
ンを行うステップであって、前記射影は球面調和関数の
係数を有し、前記シミュレーションは、前記モデリング
されたオブジェクト周辺の前記近接空間中の前記複数の
サンプル点の放射輝度伝達を計算し、前記シミュレーシ
ョンは、前記モデリングされたオブジェクトからのシャ
ドーイングおよび反射を取り入れるステップと、 前記複数のサンプル点に対する前記グローバルイルミネ
ーションシミュレーションを前記光源光の前記球面調和
関数の係数の線形変換として記録して、前記放射輝度伝
達データを生成するステップとを含むことを特徴とする
請求項81に記載の媒体。
83. The method comprises, as a pre-computation, performing a global illumination simulation on the modeled object in a reference lighting environment parameterized as a projection of a spherical harmonic basis of the sphere of the source light, the method comprising: The projections have coefficients of spherical harmonics, the simulation computes the radiance transfer of the plurality of sample points in the proximity space around the modeled object, the simulation from the modeled object Capturing the shadowing and reflection of the source illumination, and recording the global illumination simulation for the plurality of sample points as a linear transformation of the coefficients of the spherical harmonics of the source light to generate the radiance transfer data. Medium of claim 81, characterized in that it comprises a flop.
【請求項84】 前記光源光の球面調和関数係数の線形
変換としての前記複数のサンプル点の前記グローバルイ
ルミネーションシミュレーションの記録は、前記モデリ
ングされたオブジェクトを中心とする3次元グリッド内
の複数の点についての伝達行列の形であることを特徴と
する請求項83に記載の媒体。
84. The recording of the global illumination simulation of the plurality of sample points as a linear transformation of the spherical harmonic coefficient of the source light is performed for a plurality of points in a three-dimensional grid centered on the modeled object. 84. The medium of claim 83 in the form of a transfer matrix of
【請求項85】 前記方法は、 前記グローバルイルミネーションシミュレーションを複
数のパスで行うステップと、 最初のシャドーイングパスで、前記モデリングされたオ
ブジェクトからのシャドーイングを含む、前記基準ライ
ティング環境内の前記モデリングされたオブジェクト周
辺の前記近接空間中の前記複数のサンプル点の直接照明
をシミュレートするステップと、 続く反射パスで、前記モデリングされたオブジェクトに
よる前記複数のサンプル点の反射照明をシミュレートす
るステップと、 条件が満たされるまで相互反射パスを反復するステップ
と、 あるサンプル点について、前記最初のシャドーイングパ
スと続く相互反射パスで累積された前記放射輝度伝達デ
ータを合計して、前記サンプル点の合計放射輝度伝達を
生成するステップとを含むことを特徴とする請求項83
に記載の媒体。
85. The method of modeling in the reference lighting environment, comprising: performing the global illumination simulation in multiple passes; and shadowing from the modeled object in an initial shadowing pass. Simulating direct illumination of the plurality of sample points in the near space around the object, and simulating reflected illumination of the plurality of sample points by the modeled object in a subsequent reflection pass; Repeating the interreflection path until a condition is met, summing the radiance transfer data accumulated in the first shadowing path and the following interreflection path for a sample point to obtain a total radiance of the sample point The stage that produces the luminance transfer. Claim, characterized in that it comprises a flop 83
The medium described in.
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