基于層級(jí)結(jié)構(gòu)的多光源優(yōu)化算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、三維動(dòng)畫(huà)的快速發(fā)展，促使渲染技術(shù)愈趨成熟。光源效果是渲染過(guò)程中及其重要的方面，沒(méi)有光源的照射，即使再精彩的模型場(chǎng)景也是黑漆漆一片，而我們需要的渲染效果愈復(fù)雜，所需要的燈光照射也愈復(fù)雜，所以說(shuō)絢麗多彩的效果離不開(kāi)多光源的支持。
　　 在現(xiàn)實(shí)生活中，多光源的例子也隨處可見(jiàn)，研究表明，人們更喜歡多光源產(chǎn)生的光照效果。但是，在虛擬的3D世界中，渲染速度跟場(chǎng)景中光源的數(shù)量呈線(xiàn)性增長(zhǎng)關(guān)系，這就意味著要想得到多光源的那種絢麗效果，就必須花費(fèi)大

2、量時(shí)間去渲染，所以在多光源的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生之前，設(shè)計(jì)人員在構(gòu)建場(chǎng)景的時(shí)候會(huì)優(yōu)先選擇用較少光源或者是去除不重要光源效果（例如場(chǎng)景中某些地方的陰影效果）的做法來(lái)獲得較快的渲染速度，另外，一些較復(fù)雜的場(chǎng)景，例如包含面積光[1，2]、HDR（high dynamic range高動(dòng)態(tài)光照渲染）[3]、環(huán)境貼圖[4，5]以及間接光照[5]的場(chǎng)景，都可以用多光源的方法來(lái)近似，并且，經(jīng)過(guò)算法的優(yōu)化后，渲染時(shí)間和光源的數(shù)量呈亞線(xiàn)性的關(guān)系，這樣人們就不用擔(dān)

3、心建立多光源場(chǎng)景時(shí)的時(shí)間花費(fèi)而更好的專(zhuān)注于復(fù)雜光照效果。
　　 本文在分析和對(duì)比了幾種多光源優(yōu)化算法后，選擇lightcuts[6]算法作為研究基礎(chǔ)，lightcuts算法是多光源優(yōu)化的典型代表，是一種基于層級(jí)結(jié)構(gòu)的自上而下的優(yōu)化算法，該算法應(yīng)用廣泛，可以處理點(diǎn)光源、面積光、HDR環(huán)境貼圖、天空光、太陽(yáng)光、間接光照在非漫射材質(zhì)的任意集合體上的光照信息，該算法的核心思想是用較少光源來(lái)替代場(chǎng)景中的大部分光源而取得一樣的渲染效果，從而

4、在很大程度上加快渲染速度，本文會(huì)完整講述該算法的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
　　 Lightcuts算法也不是完美的，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)該算法的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該算法在絕大部分情況下效果很好，但是在產(chǎn)生半影的地方容易出現(xiàn)走樣現(xiàn)象，本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，提出了一種改進(jìn)之后的lightcuts算法并應(yīng)用在項(xiàng)目中取得預(yù)期效果。
　　 本文研究和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于RenderMan[7，8]的Pixie[9]渲染器，由于渲染器中的可編程光源著色器不適合