基于点的全局光照效果的研究

论文摘要

真实感图形学一直以来是图形学的重要分支之一,而渲染技术又是绘制真实感图形的关键。在渲染效果中,由于全局光照效果能最大程度地表现光在物体之间作用的真实性,因此一直以来被广泛研究。本文在实现传统方式表现全局光照效果的基础上,重点研究了基于点的全局光照效果,推广了一种全新的渲染技术——基于点的渲染技术,其中主要包括基于点的环境遮挡技术以及基于点的间接光照技术,最后将基于点的渲染技术应用于实际的系统中。本文在环境遮挡技术方面,首先利用开源的渲染器Pixie实现了基于光线跟踪的传统环境遮挡,并以光线跟踪的效果作为质量好差的标准来进行对比评价。然后将环境遮挡算法分为基于物体空间的环境遮挡以及基于屏幕空间的环境遮挡两大块内容分别进行讨论并研究。在物体空间部分,实现了经典的Bunnell算法并在此基础上进行了改进,结果表明,改进之后的效果比原来的效果质量高,并且具有一定的鲁棒性；在屏幕空间部分,在实现了传统的屏幕空间环境遮挡算法的基础上,提出和实现了一些改进措施,结果表明,改进之后的算法在速度上更有优势。另外,针对屏幕空间算法中普通的噪声问题,本文实现了三种降噪方法并进行了对比分析。在间接光照技术方面,本文首先也是利用Pixie实现了基于光子映射的间接光照效果,并以光子映射的效果作为质量好差的标准来进行对比评价。然后在实现Bunnell提出的间接光照算法的基础上,详细论述并实现了Christensen针对Bunnell算法的改进方案,介绍了适合于存储点云的Brick Map数据结构并将此数据结构运用于算法中,最后给出了三者之间在效果以及速度上的对比。论文的最后简要介绍了家具展示系统,重点介绍了其中的渲染技术,其中包括实时渲染技术以及离线渲染技术,并将基于点的渲染技术运用于离线渲染中,实现了房间场景的环境遮挡效果和间接光照效果,表明了该技术在渲染方面的潜力和应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 全局光照算法的发展历程
• 1.3 着色语言的发展
• 1.4 本文的研究目的和主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 全局光照效果在传统方法下的实现
• 2.1 基于光线跟踪的环境遮挡
• 2.1.1 环境遮挡的定义
• 2.1.2 RenderMan的开源渲染器Pixie
• 2.1.3 环境遮挡效果实现
• 2.2 基于辐射度的间接光照
• 2.2.1 间接光照介绍
• 2.2.2 间接光照效果实现
• 2.3 基于光子映射的间接光照
• 2.3.1 光子映射介绍
• 2.3.2 间接光照效果实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于点的环境遮挡
• 3.1 物体空间的环境遮挡
• 3.1.1 Bunnell算法描述
• 3.1.2 技术细节以及效果实现
• 3.1.3 鲁棒的改进
• 3.1.4 结果对比
• 3.2 屏幕空间的环境遮挡
• 3.2.1 屏幕空间环境遮挡的发展
• 3.2.2 传统屏幕空间环境遮挡算法介绍
• 3.2.3 Filion算法以及李文耀改进算法实现
• 3.2.4 基于点的屏幕空间环境遮挡实现
• 3.2.5 降低噪声以及参数控制
• 3.3 对比总结
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于点的间接光照
• 4.1 Bunnell算法
• 4.2 Christensen改进算法
• 4.3 Brick Map加速
• 4.3.1 Brick Map介绍
• 4.3.2 Brick Map的创建
• 4.3.3 Brick Map渲染
• 4.4 对比
• 4.5 本章小结
• 第五章 渲染技术在家具展示系统中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 家具展示系统介绍
• 5.2.1 系统开发背景
• 5.2.2 系统总体框架
• 5.2.3 关键技术介绍
• 5.3 实时渲染技术在系统中的应用
• 5.3.1 镜面反射效果的实现
• 5.3.2 阴影效果的实现
• 5.3.3 渲染结果
• 5.4 基于点的渲染技术在系统中的应用
• 5.4.1 基于点的环境遮挡在系统中的应用
• 5.4.2 基于点的间接光照在系统中的应用
• 5.4.3 与传统方法的对比
• 5.5 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要