高质量全局光照的GPU研究与实现

摘要

全局光照明一直以来都是计算机图形学研究的热点。随着电影、动画、游戏、虚拟现实、三维漫游等领域的应用不断深入与普及,人们对计算机生成的图像的真实感要求越来越高。全局光照明是现代电影和计算机动画中表现真实感不可或缺的部分。传统的全局光照明算法非常复杂,高质量的全局光照明渲染通常非常耗时。随着现代GPU的计算能力不断增强和GPU并行计算的日益成熟,利用现代GPU架构进行并行计算加速图形学中的算法是目前的研究趋势。
　　 本文研究了两大类常用的高质量全局光照明算法,基于立即辐射度的算法和基于光子映射的算法,并针对现代GPU并行计算架构对这两类算法进行了改进。本文实现了虚拟点光源(Virtual Point Light)的GPU截枝算法,根据着色点自适应地通过并行截枝确定一组虚拟光源簇来模拟全部虚拟光源的贡献,并结合球面谐波表达来加速全局光照明的计算。在同等高质量下,使用本算法比CPU算法有10～20倍的速度提升。另外本文还使用GPU实现并优化了光子映射算法。本文的工作已集成到RenderAnts GPU渲染引擎作为全局光照明解决方案的组成部分,验证了算法的实用性。