基于光子映射的虚拟现实真实感渲染算法研究

论文摘要

真实感渲染是计算机图形学一直以来的追求目标,本文在全面综述目前工作的基础上,从阴影生成、焦敞效果渲染和并行化等角度出发进行真实感渲染算法的研究,实现了不同方面的优化渲染算法,并给出了详绌的实验结果。本文以光子映射算法为基础,研究光子映射算法的光子搜索加速、焦散光子图优化以及并行化等问题,尝试将真实感全局光照渲染算法的概念应用于虚拟现实的实时渲染算法中,以提高虚拟现实的真实感。主要工作集中于以下几点:1.在阴影生成方面,提出基于投影距离的阴影图算法,对传统软阴影生成算法的视觉效果进行了改进,使得软阴影的模糊程度和阴影的投影距离相关,在保证渲染效率的基础上得到了视觉上更加真实的阴影效果。为了实现物理上更加真实的光照,在光子映射思想的基础上提出了光子纹理的概念,在纹理空间进行相邻光子的搜索和光照计算,从而加快光子映射算法的采样点辐射评估过程。2.针对真实感渲染中的焦散渲染问题,在光子映射算法的基础上提出了光子聚类的算法,目的是在保证渲染质量的前提下,尽可能的减少渲染焦散所需要的光子投射量,提出了一种在渲染速度和渲染精确度之间寻求折中的途径。3.针对光子映射算法的渲染效率问题,实现了共享内存多处理机上的并行化光子映射算法,并获得了令人满意的加速比。对不同任务分配方案进行了对比,初步地研究了光子映射并行计算中的任务分配、负载平衡等问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第1章 概述
• 1.1 图形渲染技术
• 1.1.1 Z缓冲渲染
• 1.1.2 光线追踪
• 1.1.3 辐射度
• 1.1.4 光子映射
• 1.2 虚拟现实
• 1.2.1 虚拟现实的发展
• 1.2.2 虚拟现实的主要研究内容
• 1.3 本文的主要研究内容和结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 结构
• 第2章 基于光子纹理的阴影生成
• 2.1 相关工作
• 2.1.1 阴影体
• 2.1.2 光照贴图
• 2.1.3 阴影贴图
• 2.2 软阴影生成算法的改进
• 2.2.1 软阴影的视觉特征
• 2.2.2 阴影图生成
• 2.2.3 渲染场景
• 2.2.4 结果与分析
• 2.3 漫反射的引入
• 2.4 基于光子纹理的渲染
• 2.4.1 光子映射预计算
• 2.4.2 光子纹理的层次结构
• 2.4.3 基于光子纹理渲染
• 2.4.4 结果和分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 并行渲染
• 3.1 研究背景
• 3.1.1 并行模式
• 3.1.2 MPI
• 3.2 光子纹理生成的并行化
• 3.2.1 光子纹理生成的并行算法
• 3.2.2 结果和分析
• 3.3 光子映射的并行化
• 3.3.1 并行光子映射算法的实现
• 3.3.2 并行化光子映射的任务分配
• 3.4 实验结果和分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 光子聚类和焦散
• 4.1 问题的引入
• 4.2 聚类算法
• 4.3 光子图的聚类
• 4.4 基于光子聚类的渲染
• 4.5 实验结果和分析
• 4.5.1 实验结果
• 4.5.2 误差分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 创新点
• 5.3 不足之处和展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参与的科研项目