一种基于光线跟踪的快速全局照明计算

论文摘要

全局照明计算是一种重要的基于物理光学原理的计算机图像合成方法.在光滑的平面上,它也是特别重要的,因为它以光滑材料特征的正确感知为条件.这篇论文主要集中于在光滑平面上的高效全局照明计算.在这些平面上,如果只用纯粹的蒙特卡洛取样是非常困难的。因为太多的光线需要进行适当的评估计算。本文提出了一种在光滑表面上计算间接照明的光线跟踪算法。这个算法的优点是能够通过一组稀疏的被存储在高速缓存中的辐射亮度对光滑表面进行插值取得快速的全局照明计算。本文讨论了该方法的几个必要因素:(1)在表面上的辐亮度自动选择存储;(2)使用球谐函数表示的辐亮度;(3)光滑平面的平移梯度计算。相对于已经存在的光线跟踪算法,本文的方法能够在更短的时间内生成高质量的图像。它能够被用在双向全局照明和单一的全局照明算法中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 辐射度算法
• 1.3 光线跟踪
• 1.4 主要工作和论文结构
• 1.4.1 本文研究范围和意义
• 1.4.2 论文组织结构
• 第二章 光线和质材的表示
• 2.1 光线的表示
• 2.1.1 要求
• 2.1.2 他人的工作
• 2.1.3 入射辐亮度和球谐函数
• 2.1.4 球谐函数投影
• 2.1.5 球谐函数乘积积分
• 2.2 物体质材的 BRDF
• 2.2.1 BRDF 简介
• 2.2.2 目前工作
• 2.2.3 本文使用的BRDF 表示
• 2.3 小结
• 第三章 算法描述
• 3.1 算法概述
• 3.2 入射辐亮度的计算和存储
• 3.3 存储和插值
• 3.3.1 辐亮度插值
• 3.3.2 出射辐亮度计算
• 3.4 BRDF 和辐亮度的次数表示
• 3.5 渲染
• 3.6 讨论
• 3.6.1 旋度丢失
• 3.6.2 全局坐标系和局部坐标系
• 3.6.3 球谐函数和半球谐函数的适应性
• 3.7 结果
• 3.8 小结
• 第四章 辐亮度梯度计算
• 4.1 引言
• 4.2 基于立体角的梯度
• 4.3 讨论
• 4.4 结果
• 4.5 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 未来工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：球谐和半球谐函数的微分
• 附录B：作者在攻读硕士学位期间发表的论文