基于GPU硬件加速的虛擬室內(nèi)場景中輻射度光照算法的研究及應(yīng)用.pdf

1、ResearchAndApplicationOnRadiosityIlluminationBasedOnGPUHardwareAccelerationInVirtualIndoorSceneAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYYUPingSupervisedbyJIANGXiaotongSchoolofInstru

2、mentScience&EngineeringSoutheastUniversityNanjing，ERChinaApril2014摘要摘要光照技術(shù)是得到高質(zhì)量圖形的重要因素之一。在三維室內(nèi)場景真實(shí)感渲染中，光照的效果是必不可少的，光照效果的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)仿真的程度。因此光照算法的研究是目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。光照模型的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)光照渲染的效果，本文著重研究了輻射度算法這一全局光照模型

3、。輻射度光照算法通過模擬光在兩個(gè)物體中的傳播塑造了環(huán)境中光的物理行為，能夠產(chǎn)生一些局部光照方法不能模擬的效果，如：陰影和相互反射。輻射度算法應(yīng)用的關(guān)鍵是面片形狀因子的計(jì)算，傳統(tǒng)輻射度方程求解的復(fù)雜度是oCN2)，N是整個(gè)場景被分割成的面片的數(shù)目，這需要很大的計(jì)算量和存儲(chǔ)空間，對(duì)于復(fù)雜場景是不允許的。為了解決這一問題，Cohen等人提出了逐步求精輻射度算法，它可以做到即時(shí)地計(jì)算形狀因子，避免了大量的存儲(chǔ)要求，它不斷重復(fù)著從一個(gè)面片“射出”

4、能量傳遞到場景中其他面片的過程。本文首先對(duì)傳統(tǒng)逐步求精算法中存在的一些問題進(jìn)行改進(jìn)：通過預(yù)計(jì)算出場景葉節(jié)點(diǎn)的PVS(潛在可視集)矩陣，來提高面片可見性判斷的效率，加速形狀因子的計(jì)算；通過讓面片的輻射度能量進(jìn)行過度發(fā)射使的其對(duì)應(yīng)的光照貼圖被選中一次后就不會(huì)被再次選中作為發(fā)射面，這樣可以加快輻射度方程求解的收斂速度。但是對(duì)于面片數(shù)目比較多時(shí)，整個(gè)計(jì)算過程仍然非常耗時(shí)，為了從根本上加速輻射度算法的求解和改善光照的效果，本文采用了基于GPU硬件

5、加速來實(shí)現(xiàn)逐步求精輻射度光照算法，該方法利用可編程圖形處理單元GPU的并行計(jì)算能力，將輻射度算法中面片可見性的判斷和形狀因子的計(jì)算完全在可編程圖形硬件中完成。在片段著色器程序?qū)崿F(xiàn)形狀因子的計(jì)算和每個(gè)面片輻射度的求解。通過應(yīng)用程序創(chuàng)建自己的幀緩沖區(qū)對(duì)象，利用離屏渲染、紋理緩存等技術(shù)來進(jìn)行渲染和中間結(jié)果存儲(chǔ)。該方法對(duì)于簡單場景可以達(dá)到交互的速度，對(duì)于復(fù)雜場景會(huì)大大提高其計(jì)算速度，改進(jìn)其光照渲染的效果?，F(xiàn)代GPU技術(shù)的發(fā)展極大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)