利用形状因子采样的实时全局光照绘制

为了对物体表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GPU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.     

基于线性变换球面分布的实时间接光泽反射

目的 在实时渲染领域中,立即辐射度算法是用于实时模拟间接光泽反射效果的算法之一。基于立即辐射度的GGX SLC(stochastic light culling)算法中使用符合真实物理定律的GGX BRDF(bidirectional reflectance distribution function)光照模型计算间接光泽反射,计算复杂度很高,并且其计算开销会随着虚拟点光源的数量呈明显的线性增长。为解决上述问题,提出一种更高效的实时间接光泽反射渲染算法。方法 基于数学方法中的线性变换球面分布,将计算复杂度很高的GGX BRDF球面分布近似为一种计算复杂度较低的球面分布,并基于该球面分布提出了在单点光源以及多点光源环境下的基于物理的快速光照模型。该光照模型相比GGX BRDF光照模型具有更低的计算开销。然后基于该光照模型,提出实时间接光泽反射渲染算法,计算虚拟点光源对着色点的辐射强度,结合多点光源光照模型对着色点着色,高效地渲染间接光泽反射效果。结果 实验结果表明,改进后的实时间接光泽反射算法能够以更高的渲染效率实现与GGX SLC算法相似的渲染效果,渲染效率提升了20%～40%,并且场...     

基于虚拟光源的实时半透明材质渲染

半透明材质渲染是实时渲染领域的重要研究部分。针对透射渲染依赖于准确的透射厚度计算,往往受限于场景模型和光照的复杂度问题,提出一种基于虚拟光源来计算半透明材质渲染中的透射厚度的方法。即在场景中增加一个虚拟光源,并在虚拟光源处使用排序算法来计算场景的深度信息。在计算从真实光源到着色点处的透射厚度时,提出在两者世界空间连线的直线段上进行采样,统计在物体内部的采样点占总采样点数目的比例,乘以直线段的长度得到估计结果。并且,当场景中存在多个真实光源时,基于采样的方法能够 复用虚拟光源中存储的场景深度信息。该算法能够有效地提升透射厚度计算的准确率,也能减轻场景中光源数量增多带来的显存开销问题。实验证明该方法能在效率、效果和显存开销之间取得较好的平衡。     

基于精确形状因子的逐步光能辐射度算法

本文通过引入PT形状因子给出了一种精确形状因子的分析求解公式。并根据接受面片上的采样点与光源的相对位置。将光能接受面片剖分为完全可照射、本影和半影三个区域,从而对完全可照射区域内的采样点,利用光源面片对其采样点的精确形状因子,计算出精确的辐射光能,进而根据其采样点的辐射度梯度作是否再细分的准则。对于半影区域内的采样点,利用Weiler-Atherton裁剪,求出光源面片上能辐射到该采样点的精确区域,从而求得该点所接受的光能,另外,本文根据精确形状因子公式,讨论了光源向环境辐射能量的分布规律。并提了几个进一步探讨的问题。     

基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染

基于光线追踪,将屏幕图像像素分解为投射光线与场景对象交点面片辐射亮度和 纹理贴图的合成,每个面片的辐射亮度计算基于双向反射分布函数(BRDF)基的线性组合,并通 过图形处理器(GPU)处理核心并行绘制进行加速,最后与并行计算的纹理映射结果进行合成。 提出了一种基于BRDF 和GPU 并行计算的全局光照实时渲染算法,利用GPU 并行加速,在提 高绘制效率的前提下,实现动态交互材质的全局光照实时渲染。重点研究：对象表面对光线的 多次反射用BRDF 基的线性组合来表示,将非线性问题转换为线性问题,从而提高绘制效率; 利用GPU 并行加速,分别计算对象表面光辐射能量和纹理映射及其线性组合,进一步提高计算 效率满足实时绘制需求。     

使用体渲染进行的快速全局照明

提出了一种基于体渲染的快速全局照明方法，用于实时计算复杂的直接照明和间接照明。该方法使用一系列预先计算的图像数据来表示照明在特定空间中的分布，在实时渲染时通过对这些空间数据的重组来得到给定位置处的光强。计算过程分为预处理和实时渲染两部分：首先，针对每一个物体计算出该物体对周围空间辐照度的影响，并存储在体数据结构中；然后，在实时渲染过程中，利用已有的体数据重建出给定点的辐照度，实现照明。该方法可以计算任意形式的光源照明以及间接漫射。     

利用反向投影实现的实时软阴影映射算法

基于阴影映射算法,提出一种利用反向投影实现的实时软阴影的新算法。算法对每个光源都产生对应的阴影图,使用阴影图作为对场景的离散化表示,引入可见因子来计算场景点的亮度信息,并采用GPU片元着色、层次阴影图、自适应精度等方法加速阴影渲染。实验表明,算法非常适合于实时渲染复杂、动态的场景,可以很好地处理遮挡物的融合,并且很容易在可编程图形硬件上实现。     

复杂环境光源下虚实融合光照实时计算

在互动电子游戏、增强现实等对实时计算要求很高的交互式图形应用中,大量使用复杂环境光源对虚拟物体进行照明,使其和真实场景的光照一致,虚实融合.提出了用Cook Torrance光照模型进行虚实场景的光照计算;利用球面调和基函数的方法,实时地计算高动态范围环境映射光照系数,得到高动态范围环境映射的二次多项式表达形式,在着色器计算该式得到漫反射分量;通过环境映射技术对镜面反射进行模拟,全部光照计算在GPU中完成.实验结果表明,该方法在动态变化的复杂环境光源下,完成对虚拟物体光照实时计算,绘制速度每秒30帧以上,绘制结果具有较强的真实感.     

基于预计算辐射传递的全局光照技术

为了在大规模场景中渲染出高效率和高真实感的全局光照效果,以图形处理器（GPU）渲染管线流程为可编程基础,利用球面和谐函数进行解码,并且在预计算过程中通过使用小波重建高频部分的信号,来解决预计算辐射传递(PRT)计算过程中丢失掉的高频信号,以免丢失细节变化。在实时渲染全局光照过程中,利用大规模场景的可见性信息进行自适应的细分,使得绘制效率提高。实验结果表明该方法在仿真系统下能够高效真实地渲染出全局光照效果,有较高的绘制效率和真实感。     

实时虚拟舞台系统灯光效果的实现

在舞台排练系统中,经常有上百盏不同式样的灯同时照亮场景的情况发生,但是目前图形处理器硬件只支持8盏灯同时点亮,而且大多数渲染引擎只提供点光源、聚光源和方向光源三种灯光模型.为了实时模拟真实的效果,使用了一个称为超级椭圆的光源模型,它可以把各种不同形状的灯的式样预先计算出并保存在纹理贴图中,这样后期计算光强度时只要从纹理中获得即可.此外,还提出如何进行光照优化,减少不必要计算,使所有灯都能发挥作用的方法.通过测试,系统达到了令人满意的实时帧数和效果.     

Ray tracing-based interactive diffuse indirect illumination

Despite great efforts in recent years to accelerate global illumination computation, the real-time ray tracing of fully dynamic scenes to support photorealistic indirect illumination effects has yet to be achieved in computer graphics. In this paper, we propose an extended ray tracing model that can be readily implemented on a GPU to facilitate the interactive generation of diffuse indirect illumination, the quality of which is comparable to that generated by the traditional, time-consuming photon mapping method and final gathering. Our method employs three types of (multilevel) grids to represent the indirect light in a scene using a form that facilitates the efficient estimation of the reflected radiance caused by diffuse interreflection. This method includes the mathematical tool of spherical harmonics and a rendering scheme that performs the final gathering step with a minimal cost during ray tracing, which guarantees the interactive frame rates. We evaluated our technique using several dynamic scenes with nontrivial complexity, which demonstrated its effectiveness.     

可变材质的实时全局光照明绘制

现有的基于预计算的全局光照明绘制算法都假设场景中物体的材质固定不变,这样,从入射光照到出射的辐射亮度之间的传输变换就是线性变换.通过对这种线性变换的预计算,可以在动态光源下实现全局光照明的实时绘制.但是,当材质可以改变时,这种线性变换不再成立,因此,现有算法无法直接用于动态材质的场景.提出了一种方法:在修改场景中的物体材质时,可以实时得到场景在直接光照和间接光照下的绘制效果.将最终到达视点的辐射亮度根据其之前经过的反射次数及相应的反射材质分为多个部分,每个部分和先后反射的材质的乘积成正比,从而把该非线性问题转化为线性问题.又将所有可选的材质都表示为一组基的线性组合.将这组基作为材质赋予场景中的物体,就有各种不同的组合方式,预计算每种组合下所有部分的出射辐射亮度.在绘制时,根据各物体材质投影到基上的系数线性组合预计算的数据就能实时得到最终的全局光照明的绘制结果.该方法适用于几何场景、光照和视点都不发生变化的场景.使用双向反射分布函数来表示物体的材质,不考虑折射或者半透明的情况.该实现最多包含两次反射,并可以实时绘制得到一些很有趣的全局光照明效果,比如渗色、焦散等等.     

基于梯度图的微结构表面全局光照实时绘制

针对带有微结构表面的几何模型全局光照计算复杂、难以达到实时性要求的问题,提出一种基于高度梯度图分析的全局光照实时绘制方法.首先,定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.其次,给出面向微结构表面对象实时绘制的全局光照计算模型,将光照计算近似分解为环境光入射、光源直接光照和一次交互漫反射这3种分量的计算.在环境光计算过程中,提出一种自适应环境光遮挡计算,借助局部最高点集合计算遮挡角.在直接光照中,给出一种微结构阴影的修正方法,搜索入射光方向的最近局部最高点剖面;通过比较剖面内光线投影与局部最高点的遮挡角,近似确定由微结构造成的阴影区域.最后,根据可见点的局部最高点集合确定一次交互漫反射的采样范围,进行渗色处理.整个全局光照计算方法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点.算法可以在使用低精度几何模型时表现出带有微结构表面的高精度模型的全局光照效果,且适用于动态场景和可变形物体的全局光照计算.     

Approximating global illumination on mesostructure surfaces with height gradient maps

Rendering global illumination for objects with mesostructure surfaces is a time-consuming task, and cannot presently be applied to interactive graphics. This paper presents a real-time rendering method based on a mesostructure height gradient map (MHGM) to exhibit lighting effects on meso-scale details in dynamic environments. We approximate global illumination using a lighting model including three components: incident ambient light, direct light and single bounce indirect light. MHGM is introduced to create local apex sets, which would help us to compute the three components adaptively. Our approach runs entirely on the graphics hardware, and uses deferred shading and the graphics pipeline to accelerate computation. We achieve high quality results which can render meso-scale details with approximate global illumination even for low-resolution geometric models. Moreover, our approach fully supports dynamic scenes and deformable objects.     

聚类立即辐射度及在增强现实中的应用

提出一种聚类立即辐射度方法,以实现增强现实等领域需要高度真实感的全局光照算法来实现实时交互的绘制效果要求。为此,改进了传统的立即辐射度方法,将大量的用于表达间接光照的虚拟点光源聚类到少量的虚拟面光源中,并使用实时软阴影算法快速计算可见性。同时,借助图形硬件GPU加速场景绘制。实验结果表明,算法在增强现实环境等领域中支持完全动态场景,且在保证良好视觉效果的前提下获得了实时绘制帧率。     

利用球谐方法分散计算场景的全局光照

作为一种特殊的光照模型,辐射度在图形学中有着重要的应用.然而,由于其计算的复杂性,辐射度方法一直得不到广泛的应用,特别是在动态场景中.提出一种基于辐射度算法的全局光照实时加速算法,在原有基于点采样进行场景的全局光照近似的基础上,提出了不同的点采样计算方法,以提高辐射度方法对动画场景的适应性.算法对场景中的物体建立六面体包围盒,并在包围盒各顶点设置采样点,这样就可以在环境变化对其光照影响不大的情况下采用原有的计算结果,实现辐射度算法在动态场景中的计算加速.同时,对场景中的每个物体的光照,利用立方体映射计算直接光照;而对物体间的能量交换采用点采样方法进行近似计算并利用附近采样点的光照插值作为物体的光照.实验结果表明,该算法可以减少大量的间接光照计算,提高了辐射度算法的效率.     

Unstructured Light Scanning Robust to Indirect Illumination and Depth Discontinuities

Reconstruction from structured light can be greatly affected by indirect illumination such as interreflections between surfaces in the scene and sub-surface scattering. This paper introduces band-pass white noise patterns designed specifically to reduce the effects of indirect illumination, and still be robust to standard challenges in scanning systems such as scene depth discontinuities, defocus and low camera-projector pixel ratio. While this approach uses unstructured light patterns that increase the number of required projected images, it is up to our knowledge the first method that is able to recover scene disparities in the presence of both indirect illumination and scene discontinuities. Furthermore, the method does not require calibration (geometric nor photometric) or post-processing such as phase unwrapping or interpolation from sparse correspondences. We show results for a few challenging scenes and compare them to correspondences obtained with the Phase-shift method and the recently introduced method by Gupta et al., designed specifically to handle indirect illumination.     

Fast Global Illumination on Dynamic Height Fields

We present a real-time method for rendering global illumination effects from large area and environmental lights on dynamic height fields. In contrast to previous work, our method handles inter-reflections (indirect lighting) and non-diffuse surfaces. To reduce sampling, we construct one multi-resolution pyramid for height variation to compute direct shadows, and another pyramid for each indirect bounce of incident radiance to compute inter-reflections. The basic principle is to sample the points blocking direct light, or shedding indirect light, from coarser levels of the pyramid the farther away they are from a given receiver point. We unify the representation of visibility and indirect radiance at discrete azimuthal directions (i.e., as a function of a single elevation angle) using the concept of a "casting set" of visible points along this direction whose contributions are collected in the basis of normalized Legendre polynomials. This analytic representation is compact, requires no precomputation, and allows efficient integration to produce the spherical visibility and indirect radiance signals. Sub-sampling visibility and indirect radiance, while shading with full-resolution surface normals, further increases performance without introducing noticeable artifacts. Our method renders 512×512 height fields (> 500K triangles) at 36Hz.