利用形状因子采样的实时全局光照绘制

利用形状因子采样的实时全局光照绘制 期计算机辅助 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与图形学学报第卷第 ,,(, ,,,(,, ,, , 年月 ,,,, , ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,,,,,,,,,,,,;,, ,,,, 利用形状因子采样的实时全局光照绘制 吴向阳柴学梁王毅刚张 龙,,, ,,杭州电子科技大学图形图像研究所 杭州 ,,,,,, ,,,～,～,～,;,～:,,!, ,,摘要为了对物体 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面材质进行实时编辑提出一种动态光照和任意视点条件下的实时全局光照算法该 算 法 预 ( ,,计算各面片的形状因子并存储其中较大的形状因子值和相应的面片号这些面片是光照贡献最大的面片一 次 间 ( ,,, 接光照利用这些面片计算并用亮度补偿策略增加计算精度而二次及多次间接光照则用近似公式估算整个光照 计算过程在 中完成实验结果表明,文中算法 在 视 点 改 变、光照改变和材质改变情况下,对静态场景能获得逼 ,,, ( 真的实时全局光照绘制效果 ( ,,,,,关键词全局光照实时形状因子动态光源 :,,, 中图法分类号,,,,,, ,:,,:,,,,,,,,,:,～,,:,,,:,,,,,;;,;,,,,,,,,,，,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,:～,,,～,,,;,,,,,,,,,,,,～,,，:, ,,,,,,,,, ,,,,～, ,,::,,,,～;:,,:,,,,,;，,,,～:～,,,,,,,;,，,,,～:～,,,,,,，,,，,,,,,,!, ,, ,,;;,,;,,,,～,;:,:,,;,,,,,,;::,～:,,,,,:,:,,～,,,,,,,,:,,,,,,,,,,:,,,～,,:;,;, ,,,,:,,,,,,,!, ,,,,,,,;,:,,:,,,,;,,,,,;,,～,,,,:,,,:,,,,,,，～,;;,::,～:,,,,,:,:;,,,:,,,,:,:,,,;,:,,,,,;, :,,;,:～,～,,,:;,,,:,,～,;,,,;,,:,;,,,;;,,,,;;,:,,;,,,,,,;,,～,,,～,;;,,,,,,;,～;,, ～,;:,;,:～,:;,,,;,,～,,,,:,,,:,,,,,,::,,～;,,,,,:,,::,,,,,,,;,～;,～,,,:;,,～,,～,;,;;,,,,;;, ,,,;,,:,:,:,,,;,,,,,～,,:～:;,,,～,,,;,,:～,:;,,,;,,,:～,,,,,,:,,,,,,,,,,,,,,,,,!,,,,,,!!,,,,,,,, ,,:,,,,;,,,,,,,,;;;,,;,,,,:;,,;,,,,,,,～;,::～,,::,:,;,:～,:;,,,;,,,:～,,,,,,:,,,,,,～,～,,;,,,;,,:,;,,,,,～,,;,,::,;,,:,,,,,,:～,,,,,,～; ,～:;,,,;,,,,:～,,,,,,,:,,,::,～:,,,,,,,,,;,,;,;,,,, ,,,,,,～,;,;,:,;,～;,,,;,,,,,,,,,,,～;;,,,,;;,,,～,,;,～:,,,;:,,:～,,;～,;,,～,:, ;,,,!,,! ,!!,! ,,,,,!,,,,,,:,,,,,,;,;,～,;,,,,:,～,;,:;,;,,;,,,,,,;, ,,,,,，;,:,,;,,,,,,;:,,,,,:,:,,,,,:,,,～,:,,,,:,,～,,,,,,,,:,,,,, ,!,! ,,如 基 于 树 的快速的全 局 光 照 绘 制 成 为 可 能全局光照绘制技术由于其绘制的真实感已大 ，, ,,,、,、量应用于电影制作三维游戏等领域但全局光照绘 光线跟踪算法基于 的逐步 求 精 辐 射 ,,, ,,, ,,,制由于需要计算物体之间的相互反射等间接光照效 ,度算法等但这些算法还无法达到非常理想的渲染 ,、 ,果因而绘制速度较慢随着全局光照技术在游戏速率目前常见的全局光照快速绘制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 有类一 ((, ,,,,类是预计算技 动漫等产业的应用人们越来越关注全局光照绘制 ,,,,,:;:,～;,,,,,,,,;:,,,,;,,,术,,将预先计算的光辐射 ,的速度期望能够交互甚至实时地改变场景中的光 ,传递投影到正交基函数绘 制时通过将这些预计算 的光照基函数线性组合获得 、,,照视点或材 质可 编 程 图 形 硬 件 的 发 展 使(,,, 收稿日期修回日期基金项目浙江省科技厅计划项目浙江省自然科学基金浙江,,,,,,,,,,,,,, ,:,::,,,,:,:,:,,,,::,:,,::,,,:,,:,,,,,—,,,,,,,—,,,,大学 国家重点实验室开放课题吴向阳男博士副教授主要研究方向为真实感绘制柴学梁男硕士 研究生,,,,,, ,:,:,,,,,,,,,, ,,—,,,,,,,—,,,,,主要研究方向为 实时绘制王毅刚男博士教授主要研究方向为虚拟现实张 龙男博士讲师主要研 究方向为表意,,, ,,,,,,,,、实时绘制,,, (性绘制 ,,,, ,提出了果来近似场景的全局光照新光照条件下的光照效果由于只使用了有限个基 ，,,,,,,(,,,,,,,,,函数它 的 缺 点 是 数 据 是个 近 似 的 绘 制 效 果方法使用准蒙特卡罗方法在场景中采样 ,,, ,,,,,,,,, 量大另一类方法将全局光照看成众多虚拟光源的 ,(一定数量的虚拟光源利用硬件计算各个虚拟光源 ,,的光照结果并将其积累到缓存中通过对虚拟光源 局部光照的近似叠加这些局部光照可获得最终的 ,,全局光照效果这类方法因为需要大量虚拟光源绘 ,的多次反射可以计算多次间接光照但这种方法尚 ,,,,制速度一般只能达到交互( 未达到实时的渲染速率等的方法可以 对 (,,,,, ,静态场景在动态光源时获得较高的渲染速率但其 针对虚拟光源方法绘制速度较慢和 中大 ,,, 利用光源位置变化的前后关系来部分更新虚拟光源 ,数据量问题本文提出了一种小存储量的实时全局 ,信息因而对于光源位置变化剧烈的情形无法进行 ,,光照算法利用扩展的阴影图 计 算 直 接光(,～,,:,,,,,,,,,,,有效的处理等对虚拟光源的采样方式 (,,,,,,,,,照和一次间接光照在计算一次间接光照时利 用 ,形状因子正确计算物体间遮挡影响并根据形状 ,进行了改进提高了绘制速度在间接光照中一次间 (,,,,,,接光照占主导等提出的 ,因子的大小只计算那些贡献大的面片对当前点的光 ,:,～,,:,～,;,,,,,;,,,:;;, 方法利,～,,:, ,,,,,照影响再通过形状因子的值补偿其余面片的贡,算一 次 间 接 光 照能 够 达 用一个扩展的阴影图来计 献( 二次和多次间接光照利用可见面的一次间接光,到 实 时 的 绘 制 速 度,，， ,,,,,照近 似计算由于只存储了光照贡献大的面片的形,,方 法改 进 了 ,方法的采样策略,,,,,,,,,,;,,,:～,,,,,,:,,,,,, ,,, ,,,子所以 存 储 量 小而 且 由 于 采 用 技 术状因 ,,, 它采集 上的一个子集 ,,,, 作为辅助光源然后在 可 以 ,实时地改变视点和光源环境也可以实时地修,屏幕空间中对最终的像素点 做间接光照的计算景的材质,改场 ( 并结合重要性采样方法不仅可 以模拟漫反射间接 ,,光照也可以处理高光间接光照 以及焦散现象而 ,且能够达到实时的绘制速率但这 种方法都以忽略或近似间接光照的遮挡判断来提 , ,,,,,高绘制 的 速 率等将虚拟光源聚类用 每 (,,,, 相关工作 , ,个聚类中的代表光源进行光照效果计算能达到近 ,,,,似交互的 绘 制 速 度等利 用 将 多 (,,,,;,,,,,, ,为了实 现 复 杂 光 照 下 的 实 时 全 局 光 照 绘 制,,,个光源的阴影效果在同一通道中同时计算加快了 ,,等提 出 了 绘 制 框 架但 此 方 法 数 据 量巨,:,,, ,,, ,,,:绘制速度等用虚拟的球面光源代替点光 (,,,,,分析 方 法 大为减少数据量 等又提出了聚类主元 (,:,,,,源并结合聚类方法能得到较正确的高光效果,,( ,,, ,来对传输矩阵进行压缩这种～,:,;,,;,,,,,:,,::,:,;,,,,,,,,,,,,!:,:,(, 全局光照绘制中的最大计算量来自可见性的判算法使用 ,了有限项的球面调和函数表示环境光照,,,,,,,,断和最后间 接 光 照 的 收 集将 面 等,,:～,,,:～;, 片的遮挡只能实行 低频光照等利用小波基将绘制方程(,,,在动断,问题转换为负光源光照摆脱了可见性判 表达成三 ,, ,,态场景中能达到交互绘制速度等,,利用 ,(,,,, ,,,重积形式得 到 了 高 频 光 照 绘 制 效 果等利 (,,,,,实 现 快 速 的 树 建 立 和 遍 历取 得 了 , ，, 比 ,,, 用球面径向基函数取得了介于球面调和基和小波基 ,,,,快一个数量级的求交计算速度等 (,,,, ,之间的绘制效果其使用了较小的存储代价和获得,,,利用 树结构及自适应的间接光照收集过程实现 , ，了较快的绘制速度等的阴影场方法能够对 (,,,, ,,,,,,,了交互的全局光照效 果等将 间 接 光 照动态场景获得 实 时 的 直 接 光 照 效 果等将 三 (,,,,;,,, (,,, ,,重积推广到多重积公式能够实时绘制高光材质物 收集点离散后组织成层次点结构并利用 的 ,,,, ,,,体的非旋转刚体运动 时 的 光 照 效 果等用 球 (,,, 重要性采样和微绘制技术快速地收集间接光照( ,近似物体并用球的指数和对数扩展近似来支持可 ,,,:,,,变形物体的直 接 光 照 效 果等提 出 的 空 间 (,,, 可 点变材质的交互式全局光照算法主要集中在固定视 ,,下静态场景动态 以 及 动 态 折 射 物 体 ,,,,,,,;,,:,,:,,,;,,;,,,:,:; ,,,,,,,～:,,,～,,:,,:, 的 全 局 光 照绘制( 本文方法 ,虚拟光源方法是近年来研究比较多的另一类快 ,速全局光照方法它通过采样场景中的一些点作为 ,虚拟点光源并累加这些虚拟点光源的直接光照效 和 方法是一类实 现 简 单 且 实 用 的 实 ,,, ,，，,,,,时全局光 照 方 法等认为在电影级的 (,,,,,,,,, 渲染中一次间接光照已经可以达到足够逼真的绘制 ,,结果在实时交互的应用环境下二次及更多次的间 吴向阳,等利用形状因子采样的实时全局光照绘制,第期 ,,,, 接光照几乎可以忽略和 方法实现了一次中的这些虚拟光源的入射光能 来 计算 (,,, ,，，,,,,,,,, , ,,,间接光照的近 似 计 算如 图 所 示的 每个它们对绘制面片的一次间接光照最后利用近似的, ,～,,:,,,, 方法计算二次或者多次间接光照为补偿未加入光 ,,像素除了记录深度信息外还记录了像素对应 ,照计算的小形状因子面片的光照贡献利用形状因 、的空间点的位置法向和光源对它的入射光照信 息,( 计算场景中任一点 处的光照时记录在, ,,,,,,,子的覆盖率来校正 个虚拟光源的间接光照效果 , 中的空间点都 是 对 可 能 产 生 一 次 间 接 光 照 , ,,, 以进一步减少间接光照误差 ,的 虚 一次间接光照计算 ,,,,拟光 源为 减 少 计 算 量在 和 方 法 取 ,,,, ,，， , 利用传统的 方法能快速计算场景 ,,,,,,,,, ,上的投 影 点 的 一 个 邻 域只 以 邻 域 ,,,,,,,,, , ,中的直接光 照绘 制 耗 时 主 要 在 间 接 光 照 计 算如 ,,,,,,,,,内的像素如对应的空间点如 作为 ,,,:,:,图所示假 设 点 光 源 发 出 的 光 能 到 达 微 元 面 , , 一次间接光照的虚拟光源它假设对 光照贡献 , ,, ,,,的光通量为则光能经微面元反 ,,,,,,?! !!φ大的空间点在 上投影聚集在 的投影 ,,,,,,,,, , 射后到达微面元的光亮度为 ,, ,,点因而可以快速方便地查找每个空间 的邻域内, ,点的一次间接光照虚拟光源能实时地绘制近似全 局光照效果由于面片对 光照的贡献主要与面片,, ,对 的形状因子有关因此这是一种粗糙的近, ,,似而且此方法没有考虑间接光照的遮挡问题如, ,图中点的投影虽然在但由于其他的邻域内, : , ,物体 的遮挡对 并没有光照贡献所以得不到正确, 的渲 染结果, 光能传递过程图 , , ,,, ?!,φ,,, ,,，,,,,??? !!,,, ,,! ,,其中为的 属性因此到达,,,,,,,, , ??!, ,! 微元面处的光通量为,,, ,,,,,,，::,,,,, ,,?!?!ω,? !!φβ ::,,, ,α,, ,::,，,,,?! !,β 图间接光照及遮挡问题 , ,, ! ,,其中为微元面对所张的立体角,,,,,ω,, ? !!β形状因子不仅衡量了个面片之间能量传输的 , ,为处出射光线与法向量的夹角处入为 ,,,, α,! ,而且隐含了个面片间的遮挡信息本文预先 能力, , ,射光线与法向量的 夹 角是与之 间 的 ,,,,,,, !!,计算整个场景面片间的形状因子并利用形状因子 距离所以来自的间接光照在微面元处反 ,,,,,, ! 较大的面片作为虚拟光源进行一次间接光照计算, ,射后到眼睛的一次间接反射光亮度为此方法适用于动态光源环境而且预计算过程与视 ; 、,,点物体表面材质等无关可以支持实时的视点变换 , , , !?φ,,,, ,，; ,, ;, ,,? ? ?!和物体表面材质编辑整个算法过程分为预计算和 , ,,, ,,, 绘制个步骤预计算场景面片之间的形状因子, , ::,::,αβ,,,,,,, ;，, ,, , ? ??,!,!,! 并且对于每一个面片存取形状因子最 大 的 个 面 ,, , ! ,片作为间接光照的虚拟光源同时预计算一张立体 ,,,,,,将式代入式并根据形状因子的定义可以得到 ,, ,, 角表用于快速计算光源到面片的直接入射光能,,,,,,,,，; ,, ;,,, ×!,,,,? ? ??? !,绘制时利 用 各 面 片 在 上 的 投 影 计 算 ,,,,,,,,, ,, , ,::,::, !α?βφ ,,,! ,,光源发射到场景中各面片上的入射光能并计算可 ,,, !,!,,见面的直接光照对每个需绘制的面片利用它在预 , ,,,!? φ,,,, ,, ;,, ! π ,,,? ??? ,,!!,计算过程中采样的 个虚拟光源面片以及记录在, ,, ! ,, , ,,,,,其中 是到的形状因子从式可知对光源所张 的 立 体 角成 正 比即 ,,,,,,,,,,,,,, ω, ? ? !!!!φ通过 反 射 到的 一 次 间 接 光 照 与和,,,,,, , ,, !,预 计 算 上 每为 一 常 数 ,:,: ,,,,,,,,,, !ω,?!,的材料反射属性相关也与光源到的平均 ,,,,! ! ,个像素对光源所张的立体角并将其存储在一张立 ,, ,,,,如图所示当光照位置或方向改变时体角表中?! , ,φ 直接光照度以及 到的形状因子 ,,,,, !! ,,!,计算各面 片 在 上 的 投 影 区 域从 立 体,,,,,,,, , 相关, 角表中查找区域内各像素对应的立体角并累加以获 直接入射光能计算,,,得面片对光源所张的立体角这个立体角不包含被 ,,,,,从式可看出当光源改变时需重新快速地 ,,其他面片遮挡的部分所张的立体角因而能获得正 ,,,计算光源到各个面片的入射光能设光源 ,,?!φ确的来自光源的入射到面片上的直接光照度, ,,发出的光能到达微元面的光通量与,,,, ?! !φ 直接入射光计算图 , 重要面片采样覆盖率与绘制误差表 , 重要间接光源采样,,, ,,,由式可 知在 一个光照和材质变化的 场 景 , 场景采样面片数形状因子覆盖率一次间接光照误差 , ,?? ,中任一微面元对周围面片的形状因子在一定 ,,, ,,, ,,(, ,,(, 程度上衡量了这些面片对它的光照贡献程度假如 ,,,, ,,(, ,,(, ,要计算对的全部一次间接光照则需跟踪所有 ,, ,,,,,,, ,形状因子不为的面片那么对于一个面片数为 , ， ,,, ,,(, ,,(, , ,,,的场景需要 保 存 个 形 状 因 子而 对 于 复 杂 :，,,,, ,,(, ,,(, ,,场景这么多的数据 难 以 一 次 性 读 入 也 难 以 ,,,,,, ,,(, ,,(, 达到实时绘制, ,由于在场景中对一微面元的间接光照贡献主 ,,, ,,(, ,,(, ,,,, ,要来自于为数不多的形状因子较大的面片而大多 ,,, ,,(, ,,(, 数形状因子很小的面片的贡献几乎可以忽略不 ,,,,,(,,,(,计 , 本文预先计 算 面 片 间 的 形 状 因 子 并 按 大 小 进 ,序只存储每个面片最大的前 个形状因子及行 排 , ,当 取 值 较 小 时有 较 多 的 间 接 光 照 未 被 计 , ,相应 的面片号绘制时只用这些面片计算一次间接,,算会产生较大的误差可以利用形状因子覆盖率来 ,,,光照这时形状因子的存储 量 为 取 值 :,, , ，,补偿如当前计算的间接光照反射亮度为面片的 ,，远 小 于 ,形状因子覆盖率为则补偿后的反射亮度为 ，,α?α,,随着场景面片的增长形状因子的存储量只呈线 ， 性增长, 多次间接光照计算,,, 多次间接光照可以通过与计算一次间接光照类 表中统计了个 场 景 在 不 同 值 下 形 状 因 , , , ,似的方法多次收集得到但计算量较大相对于直接 ,,,子的平均覆盖率也即 个形状因子 和全 部 形 状 , ,,光照和一次间接光照多次间接光照强度小效果不 ,,因子和应为以及由此产生的一次间接光照的绘, ,,明显而且多次间接光照由于多次反射可以近似为 ,,,,制误差对于 场景共面片取个 ,,,,, ,,, ,,, , ,漫反射因而本文以近似的方法来计算多次间接光 , ,形状因 子 最 大 的 面 片形 状 因 子 的 平 均 覆 盖 率 为 ,,而采样个面片则达到了场,照在计算了可见面的一次间接光照后以这些可见 ,,(,,,,,,,,(,,,,::, , ,,,景共面片与此类似从表 可 以 看 出取 ,,, , , ,面的一次间 接 光 照 来 近 似 所 有 面 片 的 一 次 间 接 光 时已取得了较好的近似效果,,:: , ,照再计算可见面的二次甚至多次间接光照 , 吴向阳,等利用形状因子采样的实时全局光照绘制,第期 ,,,, ,,一次间接光照的高光分量只在狭窄的方向内有为得到光滑的光照效果需要将值得注意的是 ,,面片上的光照结果平均到顶点上而间接光照对不 反射能量它对场景的多次间接光照贡献微小可以 ( ,,忽略不计假如 当 前 视 点 下 有 个 可 见 面各 面 片可见面片也有贡献如果仅计算当前可见面的光照 ,， ,,信息那么在计算可见面顶点上的光照时包含这些 ,, , … ,,,, 这 的一次漫反射间接反射光照分别为 ，，，, , ， ,顶点的不可见面的光照没有被计算因而光照计算 ,,… ,些面片的面积分别是 则这些面 ,,,,,,,, , ， ,, 片一次 间 接 反 射 出 的 总 的 光 通 量 为 , 结果不正确 为了解决这个问题本文建立可见面缓,,，， ( π, , ,, ,,存区时在记录可见面的同时根据拓扑关系把可见 … ,, 那么单位面积反射出光通量 ,,， ，,,，，,, ，， ,面顶点相邻的面也记录下来如图所示红色框内 (, , , , ,… ,，,,，，,,， ，，,,π,, ,, ，， 为以 可 见 面 的 这 ,,,表示可见面区域蓝色面片表示可见面它记录在可 … ,,,,， ，,, ， , , ，,见面缓存区内以其中一面片为例蓝色面片上像素 ( 个平均值近 似 整 个 场 景 的 单 位 面 积 平 均 反 射 光 通,的颜色由它的个顶点插值得到图中用红色圆点 , ,,量假如整个场景的面积和为 则全部的一次反射, ,表示顶点上的颜色值由它相邻的面片计算得到其 (, , , ,… , ,，,,，，,,， ，，,,π,, ,, ，， 光通量为假如在 ,,,中蓝色面片已经存在于可见性缓存中而绿色面片 … ,,，,,， ，,, , , ，,不可见为了正确计算顶点上的光照根据拓扑关系 ( ,一个封闭的环境中这些能量将全部反射到场景的把绿色面片也包括到可见性缓存中并计算它们的间 ,,面片中而如果场景不封闭则可估计一个能量损失 接光照( ,率那 么 场 景 中 每 个 面 片 获 得 的 平 均 一 次 间 接 β , , , ,,,… ,,,，， ，,,,,,,，，，π,, ,, ，，β ,光 照 度 为… ， ， ,,,,,,， , , ， 它 对 任 一 可 见 面 产 生 的 二 次 间 接 反 射 光 亮 度 为 ,,,,,,… , ,,,,，,,， ，,,，，，π , , ，， , , β,其 中 ,,,, …,, ，,, ， ，,, ，, , 是反射点的材质属性可以用同样的方法计算多次 , 间接光照 , 可见面计算,,, ,间接光照的计算与场景复杂度相关随着场景 可见面顶点相邻面图 ,,面片数量的急剧增加渲染的速率会直线下降然而 ( ,,对于当前视点而言有许多三角面片是不可见的在 这些面片上进行光照计算是多余的本文借鉴了延 (实现 , ,,, ,时着色的方法通过增加一遍绘制的方法提取出当 ,,前视点下的可见面建立一个可见面缓存区并记录 本文使用 在 中计算 间 接 光 照与 ,,,, ,,, (可见面的号与延时着色得到 所有可见的像素 ，, (,传统的 方法相比编程简单并且更 ,,,,, :,,, ,以及其对应点的三维空间中的信息不同本文方法 ,为灵活而 且 在 架 构下支持内存的随机读 ,,,, ,只需要获取可见面的只 号在间接光照过程中 (,，,写算法过程 分 为 预 处 理 和 光 照 计 算 个 步 聚如 (, 需要对存在于可见面缓存区中的面片进行计算光照 图所示, ( ,,计算从而可避免多余的计算量大大提高了绘制的 ,首先要将场景离散成小面片离散的程度取决 速率( ,于程序执行时间与渲染效果的要求离散程度越高 ( 算法 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图图 , ,,预计算过程越费时但渲染的精度就越高在计算形本文过渡不连续的问题为了能够使颜色光滑过渡 (( 在预计算后将面片上的形状因子分配到各自的顶点 状因子时采用了半立方体的方法首先对场景的所 ( ,上间接光照的计算在顶点程序中完成对每个顶点 ,(有面片标 上将号号 分 派 到 顶 点 的 , , ,,,, ，， ,标记一个顶点根据顶点号号从形状因子数 ,, , ，，个分量中作为顶点的颜色值然后迭代每个面片来 ,计算它对场景中其余面片之间的形状因子对于每 据中取得它所对应的重要形状因子的面片数据迭 ( ,,,代每一个面片再根据式计算它对该顶点的间接 ,一个小面片取面片的中心作为视点位置并沿其正 , ,,法向方向作一个虚拟半立方体通过光栅化的方向 光照贡献最后由硬件完成间接光照结果的插值( ,将场景渲染到半立方体中通过计算颜色值得到可 见的所有面片的号并统计该面片可见的像素个 ,， ,,数从而计算得到每个面片的形状因子之后对形状 实验与结果分析, ,,因子按大小排序取其中的 个 作 为 重 要 面 片其 , ,余的舍弃在 中完成间接光照的计算其中利 (,,, ,,本 文 在 ，,,,, ,,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,用预计算的结果来处理遮挡关系因此必须把预计 的 机 上 使 用 ,,，,，, ,,,,,;,,,,,,, ,, ,,,,, ,算的结果存储在 中以便快速查询,,, ( 和 实现了 方法和本文方法图所示为 ,,,, ,，，(, 、整个渲 染 过 程 包 括 的 生 成直 接 ,,,,,,,,, 采用本文方法和 方法进行间接光照渲染的结果 ,，，光照以及间接光照的计算首先从光源方向对场景 (对比图中的红框区域因为被遮挡而不能被来自 (, ,进行一遍绘制记录场景投影到投影面上各个片元 ,墙壁的间接光照亮方法由于没考虑遮挡而出现,，， 的光通量以及 片元所在面片的号当 光 源 位 置 , (， ,了泛绿或泛红的绘制错误而本文方法利用形状因后统,,发生变化时然 的 信 息 需 要 重 新 计 算,～,,:,,,, 子获得了正确的效果图所示为 场景在不 (, ,,,,, 计得到各个面片的光通量并保存成纹理对直 (接光,同重要面片采样数量下绘制的结果从 的脸 ,,,,, ,照使用逐像素光照计算方法并结合阴影图计 算、,部耳朵及地面上的间接光照可看出形状因子个数 射,、直接光照的阴影再利用百分比滤波方差阴影映 ,取以上时绘制已基本没差别图所示分, ,,, (,, ,等技术解决阴影走样问题在计算间接光照时如 (果、别是 和 个场景的直接光照间接光 ,,,,,,,,, ,,直接查询像素所在面片上对应的形状因子当同 一,照和全局光照绘制结果图所示为材质改变后的 ,, ,个面片上的像素的形状因子相同时会出现颜色 实时绘制效果( 吴向阳,等利用形状因子采样的实时全局光照绘制,第期 ,,,, 表渲染速度帧 ,,? 采样面片数 场景,,, ,,, ,,, ,,,, ,, ,, ,,， ,,,,,, ,,,::,,:， ,,,,,, 结论与展望 , 材质改变后的绘制效果图 ,, ,本文提出了一种全局光照的实时绘制方法其 ,采用预计算形状因子的办法解决了间接光的遮挡问 预计算时间主要与面片数和半立如表所示 , ,,,、,方体的分辨率有关其随面片数量增加而增加但形 题并且可以支持任意视点动态光源环境能实时 状因子存储量相对较小表 显示了不同面片数的 ,,改变材质渲染出更为真实可信的结果而且渲染完 (, ,,全在 中实现达到了实时渲染速率相对于其 场景在不同采样面片数情况下的渲染速度其中渲 ,,, ( ,,染分辨率为可 以 看 到本文方法能达到 ,他预计算方法本文预计算结果的存储量较小,,,×,,,( 实时的渲染速率( ,本文方法借鉴了的方法但解决了方法 ,，，,，， ,中不正确的遮挡问题而且本文的重要性间接光源 预计算时间及存储量表 ,采样方法能 更 加 正 确 地 选 择 贡 献 大 的 一 次 间 接 光 形状因子预计算时间,源同时多次间接光照的近似方法和基于形状因子 形状因子存储量 ,,? 面片数场景 ,,个采样,:: 半立方体分辨率时间覆盖率的校正方法能进一步提高间接光照的计算正 ,? ,确性本文方法借助了辐射度算法中的形状因子但 (,,,, ,,(,, × ,,与辐射度算法有如下差别只计算可见面的反射, ,,,×,,, ,,,(,, ,,(, ,,,,, ,,, ,,,×,,, ,,,(,, ,,光亮度而避免了大场景中全部面片的辐射度求解 ,,×,, ,,,(,, ,绘制速度主要与分辨率有关与场景的复杂度相关,,,, ,,, ,,,×,,, ,,,(,, ,,(, ,性低利 用 扩 展 的 快 速 地 计 算 直 接 (,,,,,,,,,, ,,,×,,, ,,,,(,, ,,光照和一次间接光照而且存储量小能方便地使用