论文研究-基于自适应采样的环境遮挡算法 .pdf

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基于自适应采样的环境遮挡算法,谭洪颂,李建明,本文提出了一种自适应采样的环境遮挡算法(Ambient Occlusion based on adaptive sampling),该算法通过对遮挡光线采样数量的自动调节,削减了大��
国武技论文在线 须满足以下条件:()分布均匀,为了模拟真实的光线遮挡规律,采样光线应该力争分布 均匀()光线数量增长速度缓慢,即网格细分的速度缓慢,如果光线数量增长过快,光线 条数会迅速达到饱和,这样会减少差值的次数,进而减少提前完成这档率计算的可能性。因 此,要严格控制采样光线的增长速度。()每次细分网格都不能抛弃原有网格顶点,因为 每一个网格顶点的产生就意味着一次光线的采样,因此如果抛弃原有顶点,那就必须对所有 新生成的光线重新采样,这样就失去了自适应采样的优势。因比我们不能采用了网格增长速 度最慢的√细分规则。基于以上三点考虑,我们采用 来提出的√细分规则 米生成差值光线,具体步骤如下: 首先将光线单位化连接光线中点,形成三角形网格(图); 对每一个三角形的中心插入一个顶点(图) 连接该点与原三角形的各个顶点,这样使得三角形一分为三(图) 为了均衡三角形的 在每次分裂之后需要对原来各边执行一次边的变换操作, 形成新的网格(图)。 图初始恻格 图插入顶点 图分裂 图边变换 将√细分规则还原成最简半球网格,将得到初始采样光线,如图所示。初始采样光 线有如下几个特点:()数量少,极少数量的初始采样光线有助于算法用最短吋间排除不 需要继续试探采样的顶点。()涵盖面广,试探采样需要用较少的光线覆盖以顶点发现为 中轴的半球面。这样才能较为全面的了解当前顶点被遮挡的概况。()符合√细分规则 的初始条件。因此我们选取顶点的法线,及垂直于法线的平面上的条均匀分布的光线,作 为初始采样光线。如图 图√细分规则最简化网格 图初始采样光线 国武技论文在线 由于同平面内的顶点没有相遮挡的效应,因此我们把同平面的光线维度调整为 其中,E为个很小的角度,我们设为 遮挡率计算 按照经典算法,遍历当前顶点附近的所有三角形,判断该三角形是否与采样光线相 交即是否被遮挡,统计被遮挡的光线数量,发射的总的光线数量为,则该顶点的遮挡 率为。计算公式为: 本文采用的自适应采样方式,需要递归进行多次采样,我们设第层采样数量为 被逛挡的光线数量为,因此,第层递归的遮挡率计算公式为 当采样率不再变化,即=时,得到当前顶点的遮挡率为 并结束返回 杳则继续递归进行差值釆样,并计算新的遮挡率,直至达到预设的最大递归深度。注意, 为避免重复计算,新的遮挡率应由上一层的遮挡率与当前层新生成光线的遮挡率混 合生成。计算公式为: 其中为新生成的采样光线中,被遮挡的数量。即 +为新生 成的采样光线数量,即 。算法沇程图如下: 初始采样光线 单辽 细分三第北得到差 值采详光线 计算新的遮当率 遮挡率要化 得到最终挡率 是 是 到达是大深度 佟算法流程佟 在具体实现上,可以利用预计算技术,进一步加速计算过程:以向量为(,,)的 国武技论文在线 法线为标准,将√细分生成的递归采样光线预先计算出来,在计算当前顶点采样光线时, 首先计算出当前法线与标准法线(,,)之间的夹角b,和他们之间的旋转轴 然后根据公式计算两者之间的变换矩阵: 6+ 6+6 8+ 8+ 6+ + 然后在各个递归层纵中将预先计算采样光线与该变换矩阵相乘,即可得到当前顶点的采 样光线。这样就避免了大量的重复的细分过程计算 实验及结果分析 我们将传统的算法与基于自适应米样的算法进行对比,试验平台配置如下 内存 显卡: 编译环境: 渲染平台 选取实际应用中比较有代表性的几个模型进行实验,本文方法采用自适应采样的算 法,初始条采样光线,最大递归层数为,最大递归层数下采样光线总数为。为比较 方便,传统算法也采用条采样光线,渲染结果如图所示,图为传统,我 们可以看出基于自适应采样的算法阴影结果与传统渲染结果大致相同。而计算时间 的比较如表所小,从中可以看出:不同精度的模型加速效果不同。() 模型加速效果非常明显,而模型的加速效果较不明显。茶壶与地形存在大量无遮挡的 凸点,而凸点在采用自适应采样算法时,第一层递归就可退出,理论上仅仅耗费传统 算法的计算量。因此本文算法在渲染凸点较多的场景,有很大的优势。 图传统算法渲染结果 客自适应采样 结 表自适应采样加速比 模型顶点数面片数 计算时间本文算法计算达到最大采样率加速比 的页点数 国武技论文在线 渲染结果 染结果 结论 本文提岀了一种基于自适应采样的环境遮挡算法,该算法在不牺牲传统算法精度的 前提下,能够得到很好的加速效果。通过对√细分方法的应用,构建了一个均匀的、稳定 的釆样过程,能够很大程度上避免算法的早熟。冋时,对于凸点较多的模型计算,能够起到 较好的加速效果。同时,对于衣面比较复杂模型,由于大多数顶点计算吋无法在第一层递归 采样时推出,故加速效果较不明显。因此,本算法对于现行三维游戏开发中常用的简模的 贴图计算较为实用。 进一步的研究工作可以考虑应用 基于硬件加速的模型镶嵌功能,将模型细分 过程和遮挡率计算过程移植到中进行计算,以得到更好的加速效果 参考文献

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