多光绘制框架下光泽场景的高效绘制

摘要

基于虚拟点光源（virtual point light，VPL）的多光绘制是一类高效的全局光照明绘制方法，然而该类方法仍然存着VPL分布不均匀、不能准确绘制光泽相互反射等问题。本文提出一种新的生成VPL的混合算法来解决VPL分布不合理的问题，并且提出了一个基于误差界(error bound)的算法来解决光泽相互反射的绘制问题。
　　本文提出的VPL生成算法针对近景区域的间接光照计算来合理地分布VPL。在生成VPL的过程中，我们根据摄像机位置与朝向将场景划分为两部分:摄像机关注的部分，即近景部分;摄像机不关注或很少关注的部分，即远景部分。对于近景部分，我们使用一种基于面片的VPL采样方法，让VPL尽量均匀地分布在近景区域的面片上;对于远景部分，我们使用稀疏的即时辐射度算法(instantradiosity，IR)来采样。结果证明，与多个传统的即时辐射度VPL生成算法相比，本文提出的方法，在VPL数目相同的情况下，可以大幅提高最终结果图的质量;在同样绘制质量的情况下，可以大幅提高绘制的速度。
　　在绘制光泽场景时，基于VPL的多光源绘制方法为了避免光照峰值或者截断带来的误差，通常需要采样大量的VPL。然而，大量VPL的光照计算是非常费时的。为了高效地绘制光泽场景，本文提出了一种基于误差界（error bound）的自适应算法。我们的算法是对lightcuts算法的一个扩展。我们为像素点和VPL分别构建层次结构。为了计算光泽表面与光泽表面之间的相互反射，我们设计了新的函数来计算误差的上下界。结果证明，我们的方法可以高效地绘制光泽的相互反射。我们在GPU上实现该算法，使其比之前的算法效率更高，可升缩性更强。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 虚拟点光源分布

1．3 光泽场景的绘制

1．4 本章小结

第2章 相关工作

2．1 改进虚拟点光源的生成

2．1．1 Lightcuts算法及其他聚类算法

2．1．2 Lightcuts算法

2．1．3 其他聚类算法

2．2 Glossy场景的绘制

第3章 近景场景的VPL采样算法

3．1 IR算法简介

3．2 随机游走生成VPL

3．3 基于面片的VPL生成

3．4 侧重近景场景的VPL采样算法

3．4．1 算法概述

3．4．2 基于面片的VPL采样算法实现

3．5 结果分析

3．6 结论

第4章 光泽场景的绘制算法

4．1 球面高斯近似非漫反射BRDF

4．1．1 球面高斯近似非漫反射BRDF的理论

4．1．2 近似光泽反射率和光泽VPL

4．2 von Mises-Fisher分布的概述

4．2．1 von Mises-Fisher分布

4．2．2 合并vMF分布

4．3 代表像素和代表VPL

4．4 误差界

4．5 光源和像素的层次结构

4．5．1 构建层次生成

4．5．2 遍历层次结构

4．6 结果

4．7 结论

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢