專利名稱：空間二維圖像的光影跟蹤方法
技術領域：
本發明涉及一種空間二維圖像的光影跟蹤方法。
技術背景任何空間都是由不同的面組成的圍合或者半圍合的區域，空間中每個面所包含的圖層有用于顯示面自身顏色的本色圖層；用于增強面的空間層次和真 實感的灰度圖層；用于模擬其他面對自身的影響的光影跟蹤圖層；用于模擬光 照導致的物體自身顏色失真的現象的光照圖層，還有，其他物體在該面上的投 影所形成的陰影圖層，以及如果該面具有反射屬性(如材質為大理石，金屬， 鏡面等)則需要表達半透明的反射圖層。在用二維圖像表達的一點透視及多點透視的空間中，模仿當光線在空間面 上反復彈射后形成的柔和漫反射效果，對于不同的面(如墻面、地面、天花等) 釆用多圖層疊加的方式來模仿其復雜的光影關系，將相關圖層之間進行關聯， 以達到通過修改空間中某一個面的屬性，也能對其他相關聯的面產生色彩及光 影的影響。三維圖像在二維空間中表達，往往由于色彩的變化，很難達到理想的效果， 尤其是在室內設計的過程中，往往要將設計的裝修效果預先在計算機三維軟件 中渲染出來，該三維渲染方法不但花費的時間較長，而且互動性較差。現有的 二維模擬方法，往往不考慮空間漫反射的影響，與實際效果差距太大，很難模 擬出現實的效果。發明內容本發明為解決現有技術中，應用二維平面技術模擬三維圖像與實際效果差 距較大的不足，提供了 一種空間二維圖像的光影跟蹤方法。一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平 面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，包括，(1) 、在第一平面上選擇一個區域填充該面的實際顏色，作為本色圖層；(2) 、在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；(3) 、在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；(4) 、在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；(5) 、第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的 處理順序進行疊加；(6) 、對所有平面的對應圖層進行關聯。其中當所述的第一平面背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明度隨光 線變化而變化的透明圖層；當所述的第一平面不背光時，所述步驟(2)中的灰 度圖層為透明度為20%—40%的漸變透明圖層。其中所述步驟(3)中的其他平面對第一平面的光影跟蹤圖層為顏色漸變的 透明圖層，當其他平面與第一平面相交時，透明度隨影響點到平面之間交線距 離的增大而逐漸減小，所述透明度隨著第一平面與被影響面之間夾角角度的增 大而減小；當其他平面與第一平面平行時，透明度隨著兩平面之間距離的增加 而減小。其中所述步驟(5)中，還包括第六平面，分別與第二平面、第四平面和第 五平面相交，所述第五平面和第六平面對第一平面的光影跟蹤圖層在原有光影 跟蹤圖層的基礎上從斷開處向外呈扇形狀逐漸消失。其中所述步驟(4)中光照圖層為有色半透明圖層，其顏色由照射到第一平 面上光線的色溫決定。其中所述步驟(6)中對所述圖層進行關聯時，將所有的灰度圖層進行關聯；將 受相同光源的光照圖層進行關聯；將一個平面的本色圖層和蓋面在其他面上的 光影跟蹤圖層進行關聯。其中所述方法可用于一點透視或多點透視的空間中。本發明由于將空間中的每一個平面分成不同的圖層，在平面中把各個圖層 疊加起來，更能顯示逼真的實際效果。
圖1為空間圖像的二維表示； 圖2為第一平面的灰度圖層；圖3為相交面為90度時光影跟蹤圖層的透明度與影響點到相交線距離的關 系函數；圖4為相交面為90度時的光影跟蹤圖層；圖5為相交面平行時光影跟蹤圖層的透明度與兩平行面之間距離的關系函數；圖6為斷開時的光影跟蹤圖層的表示；圖7為斷開時的光影跟蹤圖層在空間圖像上的表示；圖8為立體空間中第一平面在二維平面中的表示。
具體實施方式
下面結合一個具體實施例，對本發明一種空間二維圖像的光影跟蹤方法做詳細的描述，包:fe:1、 在平面上生成透視空間的線框，如圖1所示，包括第一平面1,與第一平面垂直相交的第二平面2、第三平面3和第四平面4，與第一平面平行的第五 平面5，與第五平面5、第四平面4和第二平面2相交的第六平面6;2、 先選擇空間中的第一平面1的線框范圍，在該區域新建一個圖層并填充 上顏色，該顏色與實際空間中墻面的顏色一致，該圖層為本色圖層；3、 新建一個方形區域圖層并填充有漸變效杲的黑色半透明圖層，透明度為 40%—一20%，并將該圖層根據第一平面1的線框范圍進行扭曲，將該圖層疊加 在第一平面1的本色圖層的上方。如果平面上有窗口的話，假設第三平面3有個窗口，則越靠近第三平面3 的區域的灰度圖層越透明，如圖2所示，越靠近光亮的地方透明度越大，為40%, 越遠離光亮的地方，透明度越小，最小為20%。4、 從第一平面1開始添加光影跟蹤圖層，根據光影跟蹤的原理，第一平面 l受第二平面2、第三平面3、第四平面4、第五平面5的影響，首先添加第二 平面2在第一平面1上的光影跟蹤圖層，因為第二平面2和第一平面1呈90°，故光影跟蹤的漸變應該遵循下面的函數，如圖3所示，橫坐標x表示光影跟蹤 層的透明度，縱坐標y表示被影響面上的點與相交線的距離，隨著距離的增加， 明度慢慢減小，直至為零，在相交面上的透明度為20%;同樣隨著第一平面l 和第二平面2之間角度的增大，透明度逐漸減小。根據該曲線生成一個漸變的 透明圖層，填充的顏色為第二平面2上本色圖層的填充顏色，然后將該圖層根 據透視進行扭曲，如圖4所示。5、 同樣的方法將第三平面3、第四平面4對第一平面1的光影跟蹤圖層做 出來，第五平面5對第一平面1的光影跟蹤層的透明度是均勻的，其透明度遵 循下面的函數，如圖5所示，橫坐標表示光影跟蹤層的透明度，縱坐標表示被 影響面與影響面之間的距離，光影跟蹤層的透明度隨著兩個平行平面之間距離 的增加從100%減小到0，根據距離的遠近給第一平面1添加第五平面5對其的 光影跟蹤圖層。6、 給受光面添加光照圖層，該圖層為有色半透明圖層，顏色由光線的色溫 決定，如果為天光則該圖層為白色，用于模擬受光面在天光下變白而失去自身 原有顏色的效果，該圖層透明度隨著離光源的距離增大而遞減。7、 給圖層建立關聯，具體步驟為，1) 、將所有灰度圖層相關聯，即在改變其中一個面的灰度的同時，其他面 的灰度也發生變化，保證整個室內空間灰度的統一；2) 、將所有受相同光源的光照圖層相關聯，即在改變一個面的光照時，其 他面的光照也會發生變化；3) 、將面的本色圖層與這個面在其他墻壁上的光影跟蹤圖層相關聯，即改 變該面本色圖層的色相、灰度、明度時，其他墻壁的光影跟蹤圖層也隨之改動。按照相同的方法，完成第二平面2、第三平面3、第四平面4、第五平面5 和第六平面6的光影跟蹤過程。其中給第三平面3和第六平面6添加灰度圖層，由于這兩個面是背光的， 故全部給予40%透明度的黑色。其中當由于第五平面5和第六平面6在與第二平面2和第四平面4相交時， 發生了斷開，故光影跟蹤圖層的形狀釆用下面的漸變方式，在原有的漸變基礎 上，從斷開處向外呈扇形狀逐漸消失，然后再根據空間透視進行扭曲，以同樣的方法處理第五平面5、第六平面6對第二平面2的影響，如圖6、圖7所示。 由于空間中的任意一個面都是由本色圖層、以下圖層疊加組合而成，1) 、用于顯示面自身顏色的本色圖層；2) 、用于增強面的空間層次和真實感的灰度圖層；3 )、用于模擬其他面對自身的影響的光影跟蹤圖層；4 )、用于模擬光照導致的物體自身顏色失真的現象的光照圖層。 所以空間中的第一平面用二維圖像表示如圖8所示，包括本色圖層101，灰度圖層102,第二平面對它的光影跟蹤圖層103，第三平面對它的光影跟蹤圖層 104,第四平面對它的光影跟蹤圖層105,第五平面對它的光影跟蹤圖層106和 光照圖層107，這樣就能逼真的在平面上顯示空間圖像。空間中能夠對其他面產生漫反射影響的面包括與被影響面成一定角度相 交的面，角度大于O度小于150度(經過試驗測試得知)；與被影響面相對的面， 可以是平行對應的面也可以是與被影響面成一定角度但不相交的面。空間中對 其他面產生影響可以忽略不計的面包括與被影響面成一定角度的面，角度范 圍為大于150度，小于180度。本發明不僅可以應用于一點透視的空間中，而且可以應用到多點透視的空 間中。
權利要求
1、一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，其特征在于，包括，(1)、在第一平面上選擇一個區域填充該面的實際顏色，作為本色圖層；(2)、在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；(3)、在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；(4)、在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；(5)、第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的處理順序進行疊加；(6)、對所有平面的對應圖層進行關聯。
2、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，當所 述的第一平面背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明度隨光線變化而變化 的透明圖層；當所述的第一平面不背光時，所述步驟(2)中的灰度圖層為透明 度為20%—40%的漸變透明圖層。
3、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(3)中的其他平面對第一平面的光影跟蹤圖層為顏色漸變的透明圖層，當 其他平面與第一平面相交時，透明度隨影響點到平面之間交線距離的增大而逐 漸減小，所述透明度隨著第一平面與被影響面之間夾角角度的增大而減小；當 其他平面與第一平面平行時，透明度隨著兩平面之間距離的增加而減小。
4、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(5)中，還包括第六平面，分別與第二平面、第四平面和第五平面相交。
5、 如權利要求5所述的一種光影跟蹤的生成方法，其特征在于，所述第五平面 和第六平面對第一平面的光影跟蹤圖層在原有光影跟蹤圖層的基礎上從斷開處 向外呈扇形狀逐漸消失。
6、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(4)中光照圖層為有色半透明圖層，其顏色由照射到第一平面上光線的色 溫決定。
7、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 步驟(6)中對所述圖層進行關聯時，將所有的灰度圖層進行關聯；將受相同光 源的光照圖層進行關聯；將一個平面的本色圖層和蓋面在其他面上的光影跟蹤 圖層進行關聯。
8、 如權利要求1所述的一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，其特征在于，所述 方法可用于一點透^L或多點透^L的空間中。
全文摘要
一種空間二維圖像的光影跟蹤方法，用于在二維平面內模擬三維空間，所述三維空間包括五個面，第一平面，分別與第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，與第一平面平行的第五平面，包括，在第一平面上選擇一個區域填充該面的實際顏色，作為本色圖層；在所述第一平面的本色圖層上疊加一個灰度圖層；在所述第一平面的灰度圖層上疊加光影跟蹤圖層；在所述第一平面的光影跟蹤圖層上疊加光照圖層；第二平面、第三平面、第四平面和第五平面也按照所述第一平面的處理順序進行疊加；對所有平面的對應圖層進行關聯。本發明能在二維空間中逼真的顯示三維圖像。
文檔編號G06T15/10GK101226644SQ200810033679
公開日2008年7月23日 申請日期2008年2月18日 優先權日2008年2月18日
發明者朱東暉 申請人:朱東暉