包含光泽材质复杂场景全局光照明的高效绘制

摘要

在许多应用中，需要高效而快速地绘制包含光泽(glossy)材质的复杂场景。然而，光泽材质的定向反射、非镜面性使得这项工作变得极具挑战性，尤其是在绘制相互反射效果(inter-reflection)的时候。本文提出了一个采用双向路径聚类(bi-directional path clustering)与虚拟点光源层次结构(virtual point lightshierarchy)的算法来实现包含光泽材质的复杂场景的全局光照明(globalillumination)的快速计算。双向路径聚类算法首先对由光源发出的路径(light-path)和视线发出的路径(eye-path)进行聚类(clustering)，产生出比较稀疏的具有代表性的样本。随后对于light-path的聚类结果，本文计算并存储聚类路径的光照亮度与方向，将其作为一个虚拟光源进行存储；而对eye-path的聚类结果本文会计算并存储光照响应函数(radiance response function)。在光照计算时，利用这些存储于light-path与eye-path聚类上的值进行积分运算从而得到每个像素对应的光照亮度。通过这种方法，本文的聚类结果可以有效的逼近光泽材质的特性——反射的方向性和一致性。然而，通过聚类方法得到的虚拟方向光源总会引入误差，为保证该误差可控，并进一步实现绘制的加速，本文在双向路径聚类算法的基础上进一步提出了方向性虚拟点光源(directional virtual point light)层次结构的方法。通过构建light-path在光线空间中的层次结构，并在遍历该层次结构时通过引入误差估计与误差阈值的判断，选择逼近误差较小的方向性虚拟点光源，从而只需要积分方向性虚拟点光源层次结构的子集就可以得到满意的结果。本文的结果，证明了该方法的适用性与有效性。