论文研究-基于图像空间剖分的隐式曲面光线跟踪算法 .pdf

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基于图像空间剖分的隐式曲面光线跟踪算法,武继银,潘荣江,根据光线的空间相关性,本文提出了一种基于图像空间剖分的隐式曲面快速光线跟踪算法。首先对图像空间进行剖分,然后对剖分后的区
中国科技记又在线 错误更正 对没有取得采样长度的区域,检査其所有相邻的区域,如果其相邻的个区域至少有 个取得了采样长度,则认为该区域也可能存在曲面投影,把其所有相邻区域的最小采样长度 作为该区域光线跟踪的起始长度,如图所示,其中◇所在方柊为取得采样长度的区域,★ 所在的方格为可能存在曲面投影的区域,可以看出★所在区域把◇所在区域紧紧包围,只需 计算◇和★所在区域的像素亮度,这样可以排除不与曲面相交的光线测试 求交策略 直线与隐式曲面求交的方法主要有区间算术和 方法。区间算术方法是先 找到一个包含方程 的一个根的区间,其中为空间中的一点,然后在该区 间上利用 法或 方法计算根。 方法是假设曲面是 连续 的,即对任意点,,存在一正常数满足不等式满足该式的最小为函数的 常数, 常数凵经应用在计算机图形学中的碰撞检测和隐式曲面的绘制 由」根据隐式曲面可以计算有向距离,木文中采用球体跟踪的方法进行求交测 试,该方法是 方法的一种应用,其主要思想是光线每次以不穿过由面的步长前进, 如果光线与曲面相交,则返回光线与曲面的第一个交点,如图所示。 相交光线 隐式曲面 不相交光线 图球体跟踪 实验结果与分析 我们用实现了本算法,实验环境是 内存,在绘 制种使用了环境光、一个点光源和一个平行光源 图为 模型使用本算法绘制的结果,分辨率为×像素,为没有添加阴 影的绘制效果,绘制时间为秒,为添加阴影计算后的绘制效果,绘制时间为 秒,可见阴影计算需要大量的时间,为木算法进行图像空间剖分、局部采样和错误更正 的描述,其中方格表示把图像空间剖分成的区域,内部点为采样长度最小的光线所对应的像 素,外围点所在区域为可能存在曲面投影,但没有取得采样长度的区域,可见外围点所在区 域把曲面投影的区或紧紧包围,既避免了对整个图像空间内的每个像素都发射一条光线,又 不会遗漏与曲面相交的光线,在保证图像质量的前提下提高了绘制效率。 由表可以看出本算法与算法中的光线跟踪相比,速度上有了明显提高,但加速 只对隐式出面的绘制有效,对阴影计算没有明显的改善。 中国科技记又在线 图 模型的绘制效果 表各种模型的绘制时间对比 绘制时间(s) 时间比 模型点数量WU中的光线跟踪图像空间剖分光线跟踪 无阴影有阴影无明影有阴影无阴影有阴影 图中和为本算法绘制的 模型,其中为没有添加阴影的绘制效 果,为添加阴影的绘制效果,和为算法中光线跟踪的绘制效果,其中为没 有使添加阴影的绘制效果,为添加阴影的绘制效果,可见和 和并有明显差别, 夲算法没有降低图像的绘制质量。 图绘出了各种模型在不同分辨率下所需时问的曲线,其中横坐标表小图像的分辨率为 ×。对图分析可知:①随着分辨率的増大,每个模型的绘制时近似以二次函数增长, 这是因为绘制的像素个数随分辨率的增长以二次函数增长;②随着分辨率的增大,大模型绘 制时间的增长速度比小模型的增长速度要快,这是由于隐式曲面的重建速度随模型的 增大而减慢,从而使凶数求值变得复杂:③模型比模型的点数量要少,但是 嫫型的绘制速度要慢,这是因为模型绘制的像素个数要多,它与曲面相交的光线要多, 其中 模型绘制了 个像素,而模型只绘制了 个像素 结论 本文描述了·种基于图像空间剖分的隐式曲面光线跟踪算法,利用图像空间剖分 和局部采样,在不降低图像质量的前提下,减少了投射光线的数目:利用光线的空间相关性, 诚少了光线求交测试的次数,提高了光线跟踪算法隐式曲面的速度。 该方法对其他隐式曲面表示方法的推广,需要进一步的研究和改进 中国科技记又在线 图本算法与中光线跟踪算法绘制效果的比较 80 bunny 34835 hand195945 dragon 437645 Chinese dragon 655980 30 50 600 800 分辨率 图各模型绘制不同分辨率图像时间对比 中国科技记又在线 参考文献 彭样生鲍虎军金小刚计算机真实感图形的算法基础北京科学岀版社

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