专利名称：空间二维图像的光影跟踪方法
技术领域：
本发明涉及一种空间二维图像的光影跟踪方法。
技术背景任何空间都是由不同的面组成的围合或者半围合的区域，空间中每个面所包含的图层有用于显示面自身颜色的本色图层；用于增强面的空间层次和真 实感的灰度图层；用于模拟其他面对自身的影响的光影跟踪图层；用于模拟光 照导致的物体自身颜色失真的现象的光照图层，还有，其他物体在该面上的投 影所形成的阴影图层，以及如果该面具有反射属性(如材质为大理石，金属， 镜面等)则需要表达半透明的反射图层。在用二维图像表达的一点透视及多点透视的空间中，模仿当光线在空间面 上反复弹射后形成的柔和漫反射效果，对于不同的面(如墙面、地面、天花等) 釆用多图层叠加的方式来模仿其复杂的光影关系，将相关图层之间进行关联， 以达到通过修改空间中某一个面的属性，也能对其他相关联的面产生色彩及光 影的影响。三维图像在二维空间中表达，往往由于色彩的变化，很难达到理想的效果， 尤其是在室内设计的过程中，往往要将设计的装修效果预先在计算机三维软件 中渲染出来，该三维渲染方法不但花费的时间较长，而且互动性较差。现有的 二维模拟方法，往往不考虑空间漫反射的影响，与实际效果差距太大，很难模 拟出现实的效果。发明内容本发明为解决现有技术中，应用二维平面技术模拟三维图像与实际效果差 距较大的不足，提供了 一种空间二维图像的光影跟踪方法。一种空间二维图像的光影跟踪方法，用于在二维平面内模拟三维空间，所述三维空间包括五个面，第一平面，分别与第一平面相交的第二平面、第三平 面、第四平面，与第一平面平行的第五平面，包括，(1) 、在第一平面上选择一个区域填充该面的实际颜色，作为本色图层；(2) 、在所述第一平面的本色图层上叠加一个灰度图层；(3) 、在所述第一平面的灰度图层上叠加光影跟踪图层；(4) 、在所述第一平面的光影跟踪图层上叠加光照图层；(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 处理顺序进行叠加；(6) 、对所有平面的对应图层进行关联。其中当所述的第一平面背光时，所述步骤(2)中的灰度图层为透明度随光 线变化而变化的透明图层；当所述的第一平面不背光时，所述步骤(2)中的灰 度图层为透明度为20%—40%的渐变透明图层。其中所述步骤(3)中的其他平面对第一平面的光影跟踪图层为颜色渐变的 透明图层，当其他平面与第一平面相交时，透明度随影响点到平面之间交线距 离的增大而逐渐减小，所述透明度随着第一平面与被影响面之间夹角角度的增 大而减小；当其他平面与第一平面平行时，透明度随着两平面之间距离的增加 而减小。其中所述步骤(5)中，还包括第六平面，分别与第二平面、第四平面和第 五平面相交，所述第五平面和第六平面对第一平面的光影跟踪图层在原有光影 跟踪图层的基础上从断开处向外呈扇形状逐渐消失。其中所述步骤(4)中光照图层为有色半透明图层，其颜色由照射到第一平 面上光线的色温决定。其中所述步骤(6)中对所述图层进行关联时，将所有的灰度图层进行关联；将 受相同光源的光照图层进行关联；将一个平面的本色图层和盖面在其他面上的 光影跟踪图层进行关联。其中所述方法可用于一点透视或多点透视的空间中。本发明由于将空间中的每一个平面分成不同的图层，在平面中把各个图层 叠加起来，更能显示逼真的实际效果。
图1为空间图像的二维表示； 图2为第一平面的灰度图层；图3为相交面为90度时光影跟踪图层的透明度与影响点到相交线距离的关 系函数；图4为相交面为90度时的光影跟踪图层；图5为相交面平行时光影跟踪图层的透明度与两平行面之间距离的关系函数；图6为断开时的光影跟踪图层的表示；图7为断开时的光影跟踪图层在空间图像上的表示；图8为立体空间中第一平面在二维平面中的表示。
具体实施方式
下面结合一个具体实施例，对本发明一种空间二维图像的光影跟踪方法做详细的描述，包:fe:1、 在平面上生成透视空间的线框，如图1所示，包括第一平面1,与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，与第一平面平行的第五 平面5，与第五平面5、第四平面4和第二平面2相交的第六平面6;2、 先选择空间中的第一平面1的线框范围，在该区域新建一个图层并填充 上颜色，该颜色与实际空间中墙面的颜色一致，该图层为本色图层；3、 新建一个方形区域图层并填充有渐变效杲的黑色半透明图层，透明度为 40%—一20%，并将该图层根据第一平面1的线框范围进行扭曲，将该图层叠加 在第一平面1的本色图层的上方。如果平面上有窗口的话，假设第三平面3有个窗口，则越靠近第三平面3 的区域的灰度图层越透明，如图2所示，越靠近光亮的地方透明度越大，为40%, 越远离光亮的地方，透明度越小，最小为20%。4、 从第一平面1开始添加光影跟踪图层，根据光影跟踪的原理，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的影响，首先添加第二 平面2在第一平面1上的光影跟踪图层，因为第二平面2和第一平面1呈90°，故光影跟踪的渐变应该遵循下面的函数，如图3所示，横坐标x表示光影跟踪 层的透明度，纵坐标y表示被影响面上的点与相交线的距离，随着距离的增加， 明度慢慢减小，直至为零，在相交面上的透明度为20%;同样随着第一平面l 和第二平面2之间角度的增大，透明度逐渐减小。根据该曲线生成一个渐变的 透明图层，填充的颜色为第二平面2上本色图层的填充颜色，然后将该图层根 据透视进行扭曲，如图4所示。5、 同样的方法将第三平面3、第四平面4对第一平面1的光影跟踪图层做 出来，第五平面5对第一平面1的光影跟踪层的透明度是均匀的，其透明度遵 循下面的函数，如图5所示，横坐标表示光影跟踪层的透明度，纵坐标表示被 影响面与影响面之间的距离，光影跟踪层的透明度随着两个平行平面之间距离 的增加从100%减小到0，根据距离的远近给第一平面1添加第五平面5对其的 光影跟踪图层。6、 给受光面添加光照图层，该图层为有色半透明图层，颜色由光线的色温 决定，如果为天光则该图层为白色，用于模拟受光面在天光下变白而失去自身 原有颜色的效果，该图层透明度随着离光源的距离增大而递减。7、 给图层建立关联，具体步骤为，1) 、将所有灰度图层相关联，即在改变其中一个面的灰度的同时，其他面 的灰度也发生变化，保证整个室内空间灰度的统一；2) 、将所有受相同光源的光照图层相关联，即在改变一个面的光照时，其 他面的光照也会发生变化；3) 、将面的本色图层与这个面在其他墙壁上的光影跟踪图层相关联，即改 变该面本色图层的色相、灰度、明度时，其他墙壁的光影跟踪图层也随之改动。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的光影跟踪过程。其中给第三平面3和第六平面6添加灰度图层，由于这两个面是背光的， 故全部给予40%透明度的黑色。其中当由于第五平面5和第六平面6在与第二平面2和第四平面4相交时， 发生了断开，故光影跟踪图层的形状釆用下面的渐变方式，在原有的渐变基础 上，从断开处向外呈扇形状逐渐消失，然后再根据空间透视进行扭曲，以同样的方法处理第五平面5、第六平面6对第二平面2的影响，如图6、图7所示。 由于空间中的任意一个面都是由本色图层、以下图层叠加组合而成，1) 、用于显示面自身颜色的本色图层；2) 、用于增强面的空间层次和真实感的灰度图层；3 )、用于模拟其他面对自身的影响的光影跟踪图层；4 )、用于模拟光照导致的物体自身颜色失真的现象的光照图层。 所以空间中的第一平面用二维图像表示如图8所示，包括本色图层101，灰度图层102,第二平面对它的光影跟踪图层103，第三平面对它的光影跟踪图层 104,第四平面对它的光影跟踪图层105,第五平面对它的光影跟踪图层106和 光照图层107，这样就能逼真的在平面上显示空间图像。空间中能够对其他面产生漫反射影响的面包括与被影响面成一定角度相 交的面，角度大于O度小于150度(经过试验测试得知)；与被影响面相对的面， 可以是平行对应的面也可以是与被影响面成一定角度但不相交的面。空间中对 其他面产生影响可以忽略不计的面包括与被影响面成一定角度的面，角度范 围为大于150度，小于180度。本发明不仅可以应用于一点透视的空间中，而且可以应用到多点透视的空 间中。
权利要求
1、一种空间二维图像的光影跟踪方法，用于在二维平面内模拟三维空间，所述三维空间包括五个面，第一平面，分别与第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，与第一平面平行的第五平面，其特征在于，包括，(1)、在第一平面上选择一个区域填充该面的实际颜色，作为本色图层；(2)、在所述第一平面的本色图层上叠加一个灰度图层；(3)、在所述第一平面的灰度图层上叠加光影跟踪图层；(4)、在所述第一平面的光影跟踪图层上叠加光照图层；(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处理顺序进行叠加；(6)、对所有平面的对应图层进行关联。
2、 如权利要求1所述的一种空间二维图像的光影跟踪方法，其特征在于，当所 述的第一平面背光时，所述步骤(2)中的灰度图层为透明度随光线变化而变化 的透明图层；当所述的第一平面不背光时，所述步骤(2)中的灰度图层为透明 度为20%—40%的渐变透明图层。
3、 如权利要求1所述的一种空间二维图像的光影跟踪方法，其特征在于，所述 步骤(3)中的其他平面对第一平面的光影跟踪图层为颜色渐变的透明图层，当 其他平面与第一平面相交时，透明度随影响点到平面之间交线距离的增大而逐 渐减小，所述透明度随着第一平面与被影响面之间夹角角度的增大而减小；当 其他平面与第一平面平行时，透明度随着两平面之间距离的增加而减小。
4、 如权利要求1所述的一种空间二维图像的光影跟踪方法，其特征在于，所述 步骤(5)中，还包括第六平面，分别与第二平面、第四平面和第五平面相交。
5、 如权利要求5所述的一种光影跟踪的生成方法，其特征在于，所述第五平面 和第六平面对第一平面的光影跟踪图层在原有光影跟踪图层的基础上从断开处 向外呈扇形状逐渐消失。
6、 如权利要求1所述的一种空间二維图像的光影跟踪方法，其特征在于，所述 步骤(4)中光照图层为有色半透明图层，其颜色由照射到第一平面上光线的色 温决定。
7、 如权利要求1所述的一种空间二维图像的光影跟踪方法，其特征在于，所述 步骤(6)中对所述图层进行关联时，将所有的灰度图层进行关联；将受相同光 源的光照图层进行关联；将一个平面的本色图层和盖面在其他面上的光影跟踪 图层进行关联。
8、 如权利要求1所述的一种空间二维图像的光影跟踪方法，其特征在于，所述 方法可用于一点透^L或多点透^L的空间中。
全文摘要
一种空间二维图像的光影跟踪方法，用于在二维平面内模拟三维空间，所述三维空间包括五个面，第一平面，分别与第一平面相交的第二平面、第三平面、第四平面，与第一平面平行的第五平面，包括，在第一平面上选择一个区域填充该面的实际颜色，作为本色图层；在所述第一平面的本色图层上叠加一个灰度图层；在所述第一平面的灰度图层上叠加光影跟踪图层；在所述第一平面的光影跟踪图层上叠加光照图层；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处理顺序进行叠加；对所有平面的对应图层进行关联。本发明能在二维空间中逼真的显示三维图像。
文档编号G06T15/10GK101226644SQ200810033679
公开日2008年7月23日 申请日期2008年2月18日 优先权日2008年2月18日
发明者朱东晖 申请人:朱东晖