快速景深渲染算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、拍照時(shí),聚焦區(qū)域圖像清晰,而聚焦區(qū)域的前后圖像模糊,這種效果就是景深效果。更加準(zhǔn)確的說(shuō),景深是場(chǎng)景中可以清晰成像的這段距離范圍,這段范圍之外的圖像是模糊的。景深效果對(duì)于電影,動(dòng)畫(huà)片,攝影有著重要的藝術(shù)價(jià)值;對(duì)于三維游戲和虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用它是場(chǎng)景真實(shí)感的體現(xiàn),是對(duì)于用戶沉浸感的保證。因此,快速景深渲染的價(jià)值就在于交互編輯工具的實(shí)時(shí)預(yù)覽和三維游戲場(chǎng)景的實(shí)時(shí)渲染。
　　由于透鏡的物理特性以及光圈的存在,前景背景物體的點(diǎn)會(huì)在成像平面上形成了一

2、個(gè)圓圈(彌散圈),這是景深效果的成因。根據(jù)幾何光學(xué),學(xué)者們建立了每個(gè)點(diǎn)深度與其彌散圈的大小的數(shù)量關(guān)系。這個(gè)關(guān)系就是快速景深渲染的理論基礎(chǔ)。
　　本文不僅研究了基于物體空間的經(jīng)典景深渲染方法,還深入研究分析了現(xiàn)有的快速景深渲染方法(后處理方法:利用單相機(jī)模型渲染出來(lái)的場(chǎng)景圖結(jié)合深度圖,獲得景深效果)。本文從效果、性能等多個(gè)維度分析了現(xiàn)有方法,指出了現(xiàn)有方法的問(wèn)題以及問(wèn)題產(chǎn)生的原因。在此基礎(chǔ)上,本文總結(jié)出來(lái)了幾種常見(jiàn)的人工痕跡:顏色泄

3、露,深度不連續(xù),缺少部分遮蔽和深度離散化問(wèn)題。對(duì)這些人工痕跡的成因進(jìn)行了分析之外,本文還結(jié)合現(xiàn)有方法,指出了這些人工痕跡的去除思路。
　　通過(guò)對(duì)現(xiàn)有方法和人工痕跡的深入研究,本文提出了基于顏色擴(kuò)散的分層景深渲染方法。本文主要思想是利用深度剔除方法來(lái)獲取被遮蔽的信息;利用像素點(diǎn)顏色擴(kuò)散模型,分層計(jì)算來(lái)模擬出部分遮蔽效果。
　　本文方法主要分為兩個(gè)階段,預(yù)處理階段包括深度剔除,深度圖的獲取以及CoC圖的計(jì)算;后處理階段首先利用擴(kuò)

4、散模型和分層思想進(jìn)行分解,然后進(jìn)行融合;最終渲染出逼真的景深效果。本文方法的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在對(duì)于現(xiàn)有深度剔除方法的改進(jìn),以及利用逐像素處理的后處理框架節(jié)省了大量顯存空間。
　　最后,本文在GPU上利用著色器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)快速渲染景深系統(tǒng),并且根據(jù)GPU的計(jì)算特性對(duì)算法進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。本文將本方法與經(jīng)典算法—累積緩存方法,最快速的聚合濾波方法和最新的Schedl的方法進(jìn)行了對(duì)比,從結(jié)果質(zhì)量和性能兩方面進(jìn)行了分析。
　　結(jié)果表