论文研究-基于规范块半范数的快速分形编码算法.pdf

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提出了一种实时全局光照的计算方法。该方法支持任意视点下动态光源的一次间接光照计算,并且物体表面材质可实时编辑,该算法预计算了各面片上的形状因子来解决遮挡问题,并记录形状因子较大的重要性面片作为间接光源。渲染时先从光源方向对场景记录了一个扩展的阴影图,包含了光源照射到的面片ID和其光通量,再根据采样好的间接光源来计算间接光照。使用CUDA,整个光照计算过程在GPU中完成,可以对静态场景进行实时渲染,并能达到逼真的渲染效果。
1762010,46(2) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 形状因子的面片数据,迭代每一个面片,根据推得的公式(4)计 算收集其他面片对该面片的间接光照贡献,为了使颜色过渡平 滑,把面片上的颜色值平均到顶点上,由硬件完成间接光照结 果的插值。在直接光照计算中,使用逐像素光照计算方法,并且 可以结合阴影图计算直接光照的阴影,利用百分比滤波、方差 阴影映射等各种技术可以解决软阴影、走样等问题。 图2光能传递过程图 5结果与分析 点光源发出的光能到达微元面dA的光通量d与面片 在PC平台( Intel Core Due Q6600,2GRAM, NVIDIA GeForce 对光源所张的立体角do,成正比,则de=cdo,且立体角do=890使用 OPENGL和CUDA实验的方法图3为该文方 da. cos e ,得到光源到d,的光通量为 (d)可以发现,图3(b)(d中画红框区域应被物体或者自身遮 do=c CH A cos 0 挡而不能被间接光照亮,该图绘制的结果在遮挡性上是错误 (1) 的,而用该文方法处理的图3(a)(c)进行了遮挡处理,可以发 那么光能经面片y反射后的光亮度为 现间接光的遮挡处没有泛绿或泛红色。图4显示了同一个场景 L(x+o)=L(y→o)=y,如)d (2)在不同重要面片采样数量下进行渲染的结果比较。通过比较发 dA 现,只采样100个面片的渲染效果稍差,采样200及更多面片 f(y,o→o)为d4,上的BRDF属性,r为光源到dA,的距离。 的渲染结果在视觉上已经比较接近。在交互式环境中,采样 可以得到微元面dA1处反射到眼睛的光亮度为 200个面的渲染效果已经足够。图5显示了动态修改材质以后 L(x←y)=(x,o→y)E(x+a)= 的渲染效果。 f(x,→y)L(x←o) cos ada)= f(x,o→y)L(x←o) COSa co: 单Ay (3) R f(x,)→y)为dA3上的BRDF属性,R为微元面d4到d4,的 距离。 根据形状因子的表达式,可以得到 (a)该文方法在(b)SI方法在不(c)该文方法在(d)SⅡ方法在不 L(x→)=mfx,→v)(y,b人dF (4) 不同视点下绘同视点下绘制不同视点下绘同视点下绘制 制的结果 的结果 制的结果 的结果 根据场景在阴影图中的投影计算从光源到达各面片的光 图3该文方法与SI方法对比 通量,当光源位置发生变化时,需要更新阴影图中的数据并统 计投影到阴影图中的所有面片以及到达它们的光通量。在计算 x处的间接光照时,先得到对x处贡献最大的M个面片的ID 号以及它们的形状因子,然后对每一个贡献间接光的面片索引 光照射到它上面的光通量,再利用公式(4)计算这些面片对x 处反射光亮度的贡献。 (a)0面(无间b)100面 (c)200面 (d)400 接光照) 4GPU实现 图4不同采样面数量渲染结果比较 使用CUDA在GPU中计算间接光照。CUDA是 NVIDIA 在GPU上进行通用计算的平台,能够进行高效的并行计算,与 传统的 GPGPU方法相比,编程简单并且更为灵活,而且在CU DA架构下支持内存的随机读写。算法过程分为预处理和光照 计算两个步骤。 首先要将场景离散成小面片,离散的程度取决于程序执行 图5改变材质后的渲染结果 时间与渲染效果的要求,离散程度越高,预计算过程越费时,但 渲染的精度就越高。采用了半立方体的方法01计算得到各个 根据表2,预计算时间随面片数量增加而增加,但存储量 面片的形状因子,然后对形状因子按大小排序,取其中的M个相对较小,表3显示了不同面片数的场景在不同采样面片数情 作为重要面片,其余的舍弃。在GPU中完成间接光照的计算,况下的渲染速率,可以看到渲染速率都能够保持在实时的渲 在这个过程中,要利用预计算的结果来处理遮挡关系,为此,必染速率,在场景面片数较多以及采样面片数较多的情况下,该 须把预计算的结果存储在GPU中以便快速查询。 文算法也能保存良好的渲染速率。 整个渲染过程包括 Shadow Map的生成,直接光照以及间接 光照的计算。首先从光源方向对场景进行一遍绘制,记录场景投6结论与展望 影到投影面上各个片元的光通量以及片元所在面片的I号 提出并实现了一次间接光照的实时计算方法,采用预计算 然后统计得到各个面片的光通量并保存成全局内存传送到GPU形状因子的办法,解决了间接光的遮挡问题,并且该文的算法 中。在计算间接光照时从形状因子数据中取得它所对应的重要 (下转217页)

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    2019-09-12
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