光线散射效果的真实感建模与绘制

摘要

光线散射效果的真实感模拟一直是计算机图形学研究的热点和难点之一。它在计算机动画、电脑游戏、影视特技、文化宗教、军事仿真、建筑景观设计、休闲旅游、虚拟现实等领域都有非常广泛的应用。本文主要研究雨雾天气的光线散射效果，均匀介质和双层介质的点光源光线散射效果和多光谱光线散射效果。 本文第一章介绍了光线散射效果真实感模拟的意义及发展历程；并介绍了云、水体等不同介质对光线的散射效果以及点光源光线散射的建模及绘制技术； 简述了本文的主要研究内容。 雨雾场景是一种常见的自然现象，本文第二章提出一种雨雾天气下天空光的光照模型。基于不同降雨量天空中雨雾粒子的分布，模拟了不同时刻、不同光源下的光线散射效果，通过对雨雾天气下光线散射公式的简化，首次实现了雨雾场景中光线散射效果的实时绘制。 点光源光线散射的研究历来是一个热点。本文第三章通过对传统点光源单散射模型公式的解析简化，实现了复杂的各向异性光源单散射效果的实时计算。基本解决了均匀介质中点光源的光线散射效果实时绘制这一难点。提出了一种多项式近似的方法，实现了双层介质中点光源光线散射效果的实时绘制。 多光谱光线散射导致各种美丽的光线散射效果。本文第四章通过对彩虹和沙尘暴成因的分析、光学散射特性的研究，表现出不同雨量后的彩虹效果，仿真出各种沙尘天气状况下的光线散射效果。彩虹的绘制效果有较大的改善，并为沙尘天的真实感仿真奠定了基础。 在论文的最后，作者对全文的研究工作进行了总结，并提出了进一步的研究方向和任务。