基于光子映射的全局光照算法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的快速發(fā)展，真實(shí)感圖形學(xué)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的核心內(nèi)容之一。全局光照計(jì)算是場(chǎng)景繪制邁向真實(shí)感的一個(gè)必要手段，如何實(shí)現(xiàn)更好的全局光照算法，在更短的時(shí)間內(nèi)生成高質(zhì)量的圖像是需要我們不斷努力的研究方向。
　　 光子映射是一種簡(jiǎn)單、靈活、功能強(qiáng)大的全局光照渲染算法，有效地解決了經(jīng)典的光線跟蹤算法不能模擬的輝映和焦散等特殊的光學(xué)現(xiàn)象，和輻射度方法比較，光子映射的優(yōu)勢(shì)是不需要將場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)先剖分而且能處理非漫反射表面。

2、　　 近幾年，由于可編程圖形硬件的快速發(fā)展，基于GPU的全局光照算法成為真實(shí)感繪制的研究熱點(diǎn)。CUDA首次為程序開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了類(lèi)似C語(yǔ)言的GPGPU程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，使程序開(kāi)發(fā)更加靈活高效。
　　 本文主要的研究工作如下：
　　 1、研究了在CPU上實(shí)現(xiàn)光子映射算法的具體過(guò)程，主要有發(fā)射光子、追蹤光子、存儲(chǔ)光子、光強(qiáng)估計(jì)和渲染，并對(duì)每個(gè)過(guò)程中用到的技術(shù)和方法進(jìn)行了詳細(xì)地介紹。
　　 2、研究了CUDA的編程模型，并

3、分析了CUDA編程難點(diǎn)。在CUDA上實(shí)現(xiàn)光子映射算法的過(guò)程和在CPU上基本相同，不同點(diǎn)主要包括：并行發(fā)射光子、偽隨機(jī)數(shù)的生成、用循環(huán)實(shí)現(xiàn)追蹤光子的遞歸過(guò)程、用棧構(gòu)建平衡kd-tree。通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行渲染測(cè)試，光子映射在GPU上的渲染速度比CPU上快6至8倍。
　　 3、輻照度緩存算法是一種用來(lái)加速漫反射面的間接光照計(jì)算的全局光照算法，近兩年成為全局光照算法新的研究熱點(diǎn)之一。本文對(duì)實(shí)現(xiàn)輻照度緩存算法的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了詳細(xì)地說(shuō)明。