基于預計算的交互式全局光照明研究.pdf

1、全局光照明效果為用戶提供了虛擬場景中的物體形狀、材質(zhì)以及相互位置關系的重要信息，從而能夠大大提高計算機生成圖像的真實感。盡管在很多交互應用中都需要全局光照明效果，但過高的計算代價還是使得其一直局限于離線應用中。近年來，很多研究都試圖將全局光照明集成到交互式應用中，例如光照明設計、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)以及電子游戲等等。為了降低運行時的計算開銷，以提供交互級的繪制速度，一條主要的思路是引入預計算，并將一部分運行時的計算量前移到預計算階段執(zhí)行。

2、 本學位論文研究通過預計算來實現(xiàn)交互式的全局光照明模擬，我們提出了兩種新的算法。 在第一種算法中，我們首先建立了一個離散的線空間，并提出一種兩步掃描轉換算法來快速獲取該空間中的采樣直線與場景的交點，采樣結果被組織成一種新的可見性表述，交點場(i-eld)。在運行時，光能傳輸計算必須的光線與場景的求交運算被簡化為在交點場中的查詢操作。通過分析輸運方程，光照明可以被分解為間接輻照度、直接輻照度和可見度?；谶@一分解，我們通過一個基

3、于GPU的繪制實現(xiàn)來進一步提高性能。利用光線空間交點樣本之間的相關性，我們還提出了一種基于游程編碼的交點場壓縮技術。 在第二種算法中，我們用球諧函數(shù)(SH)矢量來表達低頻的光源、反射特性和可見性，并用若干球體來逼近場景中物體的幾何。只需使用較少的球體就能很好地近似物體的遮擋特性，物體的低頻可見性特征能被有效地保持。運行時，需要在每個接收點處計算球體遮擋物的可見性球諧矢量積。在這里，我們沒有使用前人的方法來直接計算SH積，而是轉而

4、計算球體遮擋物的對數(shù)可見性(通過預計算獲得)的和，然后使用球諧指數(shù)運算來獲得所有遮擋物的可見性球諧矢量積。在低階球諧函數(shù)下，我們給出了球諧指數(shù)運算的一個近似方法來加速計算，并證明了這一近似的精確性。由于逐頂點的計算得到了大幅簡化，該算法能夠很容易地在GPU上實現(xiàn)，相比之前方法有10倍以上的加速。我們稱這一新算法為SHEXP。 上述兩種算法解決宏觀的光能傳輸問題，而對于由物體表面細節(jié)引起的光能傳輸則無法表現(xiàn)。后一類問題被稱為介觀光