復(fù)雜場景中實(shí)時全局光照模型研究的中期報(bào)告

復(fù)雜場景中實(shí)時全局光照模型研究的中期報(bào)告一、研究背景全局光照模型是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)技術(shù)，一直以來都是圖形學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的重要研究方向。全局光照模型的目的是盡可能真實(shí)地模擬光在場景中的傳播和反射，表現(xiàn)出合適的陰影、反射、折射、散射等光學(xué)特性，以使渲染結(jié)果更接近真實(shí)場景，從而讓人的視覺效果更加真實(shí)。但是，由于復(fù)雜場景的實(shí)時渲染是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個重要挑戰(zhàn)，一些現(xiàn)有的全局光照算法在復(fù)雜場景下會出現(xiàn)無法實(shí)時處理的問題，如光線跟蹤、輻射度，還有傳統(tǒng)的預(yù)計(jì)算方法也存在不適合實(shí)時渲染的情況，而現(xiàn)在是實(shí)時渲染亟需高效、精確的全局光照模型的時代，因此，研究一種適用于實(shí)時渲染的全局光照算法至關(guān)重要。二、研究目標(biāo)本次研究旨在研究一種適用于復(fù)雜場景實(shí)時渲染的全局光照算法。本研究考慮到實(shí)時性的要求和復(fù)雜度的限制，旨在探索一種既能夠保證實(shí)時性，又能夠在高復(fù)雜度場景下保持足夠的精度和視覺效果的全局光照模型。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：1.設(shè)計(jì)適用于實(shí)時渲染的全局光照算法2.探究高效的預(yù)計(jì)算和顯式計(jì)算算法3.研究將算法應(yīng)用于真實(shí)場景實(shí)時渲染的方法4.評價算法的性能，包括實(shí)時性、精確度和圖像質(zhì)量等方面。三、研究方法1.設(shè)計(jì)全局光照算法針對實(shí)時性的要求，選擇以片元為基礎(chǔ)的渲染架構(gòu)，比如基于屏幕空間的方法?；诋?dāng)前場景的深度和法線信息，采用不同的產(chǎn)生陰影、反射和折射的技術(shù)，如光子視錐追蹤、立方體貼圖、屏幕空間反射和透射等。同時，為了提高計(jì)算速度，在算法中使用了諸如空間分割技術(shù)、近似計(jì)算和加速結(jié)構(gòu)等優(yōu)化策略。2.預(yù)計(jì)算方法本研究中的預(yù)計(jì)算方法主要針對復(fù)雜場景。在這些情況下，預(yù)計(jì)算可以為算法提供各種有用的信息，如面片和紋理的光滑度、表面光的強(qiáng)度，同時可以大大減少被渲染的場景元素?cái)?shù)量。預(yù)計(jì)算所需要的數(shù)據(jù)包括第一次遮擋、環(huán)境反射和陰影映射等，將這些數(shù)據(jù)存儲到紋理或立方體貼圖中，同時構(gòu)建各種數(shù)據(jù)定義以便快速訪問。流程大致如下：-構(gòu)建場景模型-運(yùn)行互動式的密度估計(jì)-預(yù)計(jì)算全局間接照明-將預(yù)計(jì)算好的數(shù)據(jù)打包存儲到光柵化器中3.真實(shí)場景渲染本研究采用了Unity游戲引擎來實(shí)現(xiàn)整個渲染系統(tǒng)。-實(shí)現(xiàn)了場景建模和模型導(dǎo)入-實(shí)現(xiàn)了新的渲染架構(gòu)-實(shí)現(xiàn)了預(yù)處理流程以及立方體貼圖和紋理映射-對數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化以提高渲染速度4.算法評價評價算法的性能，包括實(shí)時性、精確度和圖像質(zhì)量等方面。測試的流程主要包括以下幾個步驟：-隨機(jī)生成的不同場景的預(yù)先預(yù)處理-對測試場景進(jìn)行實(shí)時渲染-測試算法實(shí)現(xiàn)的時間和圖像質(zhì)量四、預(yù)期結(jié)果本研究期望設(shè)計(jì)出一種實(shí)時全局光照算法，該算法不僅