基于路径时空一致性的高效动画渲染方法研究

论文摘要

随着计算机动画技术的不断发展,人们对动画质量的要求越来越高。基于目前人们对计算机动画技术的研究现状以及受计算机硬件技术的限制,离线情况下渲染高质量动画还是非常的耗时,这种情况在有间接光照场景的动画中表现的尤为突出。本文提出一种基于路径时空一致性的高效动画渲染方法。该方法将路径时空一致性应用在高效动画渲染框架上,达到提高渲染动画质量的目的。首先,本文提出适合动画渲染的路径时空一致性方法,分析了在动画渲染过程中使用路径时空一致性方法的必要性,并给出了如何使用路径时空一致性方法提高路径的生成效率。然后,从两方面设计高效的动画渲染框架,一方面是利用共享方法和RS内存结构来管理动画渲染过程中所需的内存;另一方面是利用最大化空区域法、重划分方法和替换技术动态更新KD树来减少光线在动画场景中的传输时间和进一步减少动画渲染过程中内存的使用。并通过实验结果详述了如何根据不同动画场景环境设置不同的RS参数值,达到最大化利用动画渲染框架的目的。接着分别实现了如何在动画场景中处理路径的可见性变化,如何利用路径可见性变化测试方法在路径空间一致性基础上开发路径时空一致性以及如何将路径时空一致性应用在高效动画渲染框架上实现基于路径时空一致性的高效动画渲染方法,达到在相同时间内生成更多有效样本路径的目的,使得生成图像的质量更高。最后分别从两方面展示了基于时空一致性动画渲染方法生成动画的优越性:一方面通过无参考图形质量评估方法来说明利用该技术可以有效的消除动画在时间上的噪声;另一方面通过展示动画中的单帧图像对比效果来分析和说明在相同时间内可以生成更高质量的动画,特别是在间接光照场景中。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和状况
• 1.2 主要研究工作
• 1.3 本文组织
• 第二章 相关理论介绍
• 2.1 蒙地卡罗积分
• 2.2 能量流动中的细节平衡和全局平衡
• 2.3 Metropolis 采样
• 2.4 能量重分布采样
• 2.5 动画
• 2.5.1 动画的分类
• 2.5.2 裁减空区域法
• 2.6 PBRT 渲染系统简介
• 第三章 路径时空一致性的提出
• 3.1 路径空间一致性
• 3.2 路径时间一致性
• 3.3 路径时空一致性的提出及应用
• 第四章 高效动画渲染框架的设计
• 4.1 动画渲染框架中的内存管理
• 4.2 动画渲染框架中的物体管理
• 4.2.1 最大化空间区域法
• 4.2.2 KD 树的动态更新
• 4.3 动画渲染框架中参数的设置
• 4.3.1 路径复用次数
• 4.3.2 路径接受概率
• 4.3.3 一次性处理帧数
• 第五章 路径时空一致性的开发和应用
• 5.1 PBRT 渲染系统的改进
• 5.2 路径可见性变化测试
• 5.2.1 视点移动对路径可见性变化的影响
• 5.2.2 物体移动对路径可见性变化的影响
• 5.3 路径时空一致性的开发
• 5.4 路径时空一致性的应用
• 第六章 动画渲染结果的分析和对比
• 6.1 无参考图像质量评估
• 6.2 物体移动的动画渲染结果
• 6.3 视点移动的动画渲染结果
• 6.4 物体和视点移动的动画渲染结果
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 进一步工作
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢