用于室内虚拟漫游的辐射度光照模型的研究

摘要

本文围绕用于室内漫游的辐射度光照模型的建立，对形状因子的计算、层次结构辐射度模型的分析、八叉树场景计算、网格简化模型等基于辐射度算法中的关键问题，进行了较为深入的研究和探讨。在研究过程中，以比较、分析相关算法为重点，逐步展开。针对室内虚拟漫游的特点，对现有的全局光照模型的算法进行改进，并通过演示系统对改进后的效果加以验证。实验结果表明改进后的算法在较好地保持原光照模型特征的同时，有效地简化了辐射度光照模型的计算量，使其能够较好地应用于室内虚拟漫游系统。算法的提出、改进及验证工作主要从以下三个方面开展。 在形状因子的求解方法中，首先介绍了形状因子的几何概念，通过建立统一的模型来描述形状因子的几何性质。在论述如何从用投影的方法计算微面元到面片的形状因子时，提出了如何将这种方法较好地运用到室内光照模型中的途径和方法，并在应用系统中得以验证。 在建立辐射度光照模型的简化计算方法上，论述了合理的网格化场景是辐射度计算的重要环节。通过分析传统的网格简化方法中的缺陷，探索性地提出一种网格模型的双重简化算法。实验结果表明，在图象质量没有明显降低的情况下，该方法可以有效地减少场景中用于计算的网格面片，从而达到缩短场景渲染时间的目的。 在层次辐射度算法中，论述了在保持求解精度的前题下，如何减少场景中需要计算形状因子个数的优化方法，并给出了实现此方法的流程设计，从原理上建立了多细节层次的数学模型。受到从图像颜色量化的八又树运用研究的启发，在建立场景逻辑结构的方法中，探讨了如何将八叉树方法引入到基于辐射度算法的室内虚拟漫游场景的建模中。

目录

文摘

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论文说明：插图索引

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第1章绪论

1.1整体光照理论概述

1.2辐射度光照模型的研究现状

1.2.1国内外研究现状

1.2.2目前存在的问题分析

1.3选题背景及意义

1.4论文的主要工作及论文结构

1.5小结

第2章辐射度光照模型的建立

2.1一般辐射度方程的建立

2.1.1辐射度与光量度的关系推导

2.1.2微面元的辐射光能计算

2.2辐射度算法中形状因子的计算

2.2.1形状因子的几何说明

2.2.2Nusselt相似性方法计算形状因子

2.2.3半球面分割技术求解形状因子

2.3小结

第3章层次结构辐射度的分析与建立

3.1子结构技术

3.1.1子结构技术的原理

3.1.2子结构技术的流程设计

3.2层次结构辐射度算法

3.3八叉树场景的建立

3.4视图插值算法

3.5小结

第4章基于辐射度算法的网格模型的简化

4.1多边形网格模型

4.2网格模型简化算法的分类

4.3网格简化模型的改进

4.3.1大面片的生成

4.4.2大面片边界的简化

4.4.3三角化过程

4.4小结

第5章辐射度渲染系统的设计与实现

5.1系统设计

5.2开发平台与运行环境

5.3演示系统的界面与参数

5.3实验结果

5.4小结

总结

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)