题目:基于光子映射的多种光照效果模拟的研究与实现

2020-12-11 05:40发布

  摘要

光子映射是真实感图形学绘制中的一种重要算法,可以实现许多其它算法难实现的效果。之前由于受到算法计算量的影响,应用上有很多限制。随着近年来图形硬件的发展,特别是GPU编程语言的发展,光子映射算法的效率被大大提升,可以在更多的图形学应用中用于提升场景的真实感。因此,对光子映射相关算法的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。 论文选题来源于实时图形平台BH_GRAPH的研究,同时还得到了北京市科技新星计划(2009B09)的支持。论文主要针对基于光子映射相关算法的光泽表面、色散效果和反走样阴影的绘制,并取得了以下成果:研究并实现了一种基于逆向光子的光泽表面绘制算法。在光子映射算法的基础上给出了逆向光子这种新的光照模型,通过发射逆向光子得到光泽表面的反射信息,再对逆向光子进行空间采样,可以得到采样点多个方向的反射信息,形成光泽反射效果。算法以优于分布式光线跟踪算法的效率实现了与之接近的绘制效果。研究并实现了一种基于线光子的色散效果绘制算法。在光子映射算法的基础上给出了线光子这种新的光照模型,将传统光子映射中使用的点光子变为线光子,通过发射线光子,并对采样点周围的线光子进行部分线段采样,通过将采样部分的光谱颜色积分得到具有色散效果的采样结果。与传统光子映射相比,算法可以获得较好的色散绘制效果,同时减少了计算量,提高了绘制效率。研究并实现了一种基于逆向光子的反走样阴影绘制算法。将逆向光子模型引入到阴影绘制算法中,从视平面发出逆向光子并转换到光源坐标系下,然后将场景中的三角形也转换到光源坐标系下,通过在光源坐标系下判断三角形与逆向光子的遮挡关系,可以在不使用阴影图的情况下快速实现阴影的判断。算法可以实现像素精度的反走样绘制,并且在新一代显卡上可以达到很高的绘制效率。