點(diǎn)云全局光照渲染方法的優(yōu)化與擴(kuò)展.pdf

1、隨著影視動(dòng)畫(huà)行業(yè)的迅速發(fā)展，三維渲染的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。人們不斷追求越來(lái)越真實(shí)的渲染效果，全局光照技術(shù)被越來(lái)越多的研究與應(yīng)用。在現(xiàn)實(shí)世界中，太陽(yáng)光經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的反射和折射照亮世界，很多物體被鄰近的其他物體所反射或折射的光線(xiàn)照亮，這部分光照被稱(chēng)為間接光照光。全局光照效果是指由直接光照和間接光照共同作用的效果。
　　全局光照有多種實(shí)現(xiàn)方法，皮克斯、夢(mèng)工廠等制作的多部?jī)?yōu)秀動(dòng)漫作品采用了基于點(diǎn)烘焙的全局光照方法，支持半透明面的次表面散射、漫反

2、射面的色溢及環(huán)境遮擋等視覺(jué)效果。但基于點(diǎn)的方法也存在若干問(wèn)題，主要體現(xiàn)于:點(diǎn)緩存需要額外的存儲(chǔ)空間，對(duì)于大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景，額外存儲(chǔ)空間將影響該方法的效率;點(diǎn)緩存方法是一種非物理的全局光照方法，不同視覺(jué)效果的渲染更多依賴(lài)于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)與技巧。在點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)組織與管理，以及點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)處理方法等方面，存在大量問(wèn)題需要研究。
　　本文圍繞基于點(diǎn)烘焙的全局光照方法，主要由三個(gè)方面展開(kāi)研究與實(shí)現(xiàn)，主要工作包括:
　　核外基于點(diǎn)的一致性全局

3、光照渲染方法的研究與分析。當(dāng)渲染大規(guī)模場(chǎng)景時(shí)，生成的點(diǎn)云文件遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)存，我們參考核外基于點(diǎn)的一致性全局光照渲染方法[1]，對(duì)該項(xiàng)功能進(jìn)行擴(kuò)充，驗(yàn)證渲染結(jié)果的正確性，并將渲染效率與商業(yè)渲染器PRman進(jìn)行對(duì)比分析，為算法的進(jìn)一步研究和優(yōu)化打下基礎(chǔ)。
　　基于點(diǎn)緩存的雙向面烘焙方法，處理后向面產(chǎn)生的色溢效果。點(diǎn)渲染過(guò)程中，背向視點(diǎn)的面難以正確高效烘焙，導(dǎo)致其無(wú)法對(duì)周?chē)拿娈a(chǎn)生色溢效果，商業(yè)渲染引擎3DeLight等在采用點(diǎn)渲染實(shí)現(xiàn)色

4、溢時(shí)也存在該類(lèi)問(wèn)題。本文提出雙向面的烘焙的解決方案，如果面的一側(cè)朝向燈光就烘焙該面的顏色、法向等信息，如果面的兩側(cè)均被燈光照亮就烘焙雙面，并與Maya、3Dmax集成，實(shí)現(xiàn)后向面產(chǎn)生色溢效果的正確渲染。
　　基于點(diǎn)的多次間接光照方法。模擬光線(xiàn)多次反彈，將光線(xiàn)多次反彈后的光照值在烘焙點(diǎn)文件時(shí)迭代更新，隨著光線(xiàn)多次反彈場(chǎng)景亮度增加，可以展示場(chǎng)景中更多的細(xì)節(jié)，本文基于能量守恒定律對(duì)光線(xiàn)反彈的合理次數(shù)進(jìn)行分析討論。
　　本文的工作是

5、國(guó)家863課題《真實(shí)感動(dòng)漫渲染系統(tǒng)研究與應(yīng)用》的一部分，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為課題開(kāi)發(fā)的符合Renderman規(guī)范的真實(shí)感渲染引擎Bleman，基于點(diǎn)的渲染是Bleman渲染引擎的重要組成部分。通過(guò)本文的工作，使得Bleman引擎通過(guò)大規(guī)模點(diǎn)的渲染調(diào)度方式支持復(fù)雜場(chǎng)景的點(diǎn)渲染，集成Bleman渲染引擎能夠很好的支持Maya、3Dmax等三維建模軟件的全局光照渲染。雙向面烘焙方法實(shí)現(xiàn)在不增加烘焙點(diǎn)的情況下渲染更加真實(shí)的全局光照效果。最后我們分析了本文