復雜場景中實時全局光照模型研究的中期報告

復雜場景中實時全局光照模型研究的中期報告一、研究背景全局光照模型是計算機圖形學中非常關鍵的一項技術，一直以來都是圖形學領域內的重要研究方向。全局光照模型的目的是盡可能真實地模擬光在場景中的傳播和反射，表現(xiàn)出合適的陰影、反射、折射、散射等光學特性，以使渲染結果更接近真實場景，從而讓人的視覺效果更加真實。但是，由于復雜場景的實時渲染是計算機圖形學中的一個重要挑戰(zhàn)，一些現(xiàn)有的全局光照算法在復雜場景下會出現(xiàn)無法實時處理的問題，如光線跟蹤、輻射度，還有傳統(tǒng)的預計算方法也存在不適合實時渲染的情況，而現(xiàn)在是實時渲染亟需高效、精確的全局光照模型的時代，因此，研究一種適用于實時渲染的全局光照算法至關重要。二、研究目標本次研究旨在研究一種適用于復雜場景實時渲染的全局光照算法。本研究考慮到實時性的要求和復雜度的限制，旨在探索一種既能夠保證實時性，又能夠在高復雜度場景下保持足夠的精度和視覺效果的全局光照模型。研究的主要內容包括以下幾個方面：1.設計適用于實時渲染的全局光照算法2.探究高效的預計算和顯式計算算法3.研究將算法應用于真實場景實時渲染的方法4.評價算法的性能，包括實時性、精確度和圖像質量等方面。三、研究方法1.設計全局光照算法針對實時性的要求，選擇以片元為基礎的渲染架構，比如基于屏幕空間的方法。基于當前場景的深度和法線信息，采用不同的產生陰影、反射和折射的技術，如光子視錐追蹤、立方體貼圖、屏幕空間反射和透射等。同時，為了提高計算速度，在算法中使用了諸如空間分割技術、近似計算和加速結構等優(yōu)化策略。2.預計算方法本研究中的預計算方法主要針對復雜場景。在這些情況下，預計算可以為算法提供各種有用的信息，如面片和紋理的光滑度、表面光的強度，同時可以大大減少被渲染的場景元素數(shù)量。預計算所需要的數(shù)據(jù)包括第一次遮擋、環(huán)境反射和陰影映射等，將這些數(shù)據(jù)存儲到紋理或立方體貼圖中，同時構建各種數(shù)據(jù)定義以便快速訪問。流程大致如下：-構建場景模型-運行互動式的密度估計-預計算全局間接照明-將預計算好的數(shù)據(jù)打包存儲到光柵化器中3.真實場景渲染本研究采用了Unity游戲引擎來實現(xiàn)整個渲染系統(tǒng)。-實現(xiàn)了場景建模和模型導入-實現(xiàn)了新的渲染架構-實現(xiàn)了預處理流程以及立方體貼圖和紋理映射-對數(shù)據(jù)進行了優(yōu)化以提高渲染速度4.算法評價評價算法的性能，包括實時性、精確度和圖像質量等方面。測試的流程主要包括以下幾個步驟：-隨機生成的不同場景的預先預處理-對測試場景進行實時渲染-測試算法實現(xiàn)的時間和圖像質量四、預期結果本研究期望設計出一種實時全局光照算法，該算法不僅