基于离散点的光线跟踪的研究

在计算机图形中,光线跟踪是获得具有正确的反射、折射和阴影等效果的更加真实的图像的一个有效方法.研究了基于离散点造型的光线跟踪方法,探讨了在只有物体的离散采样点集合而没有点之间的连接信息的情况下,如何进行光线与物体求交的具体过程.     

基于光线追踪的全局光照及降噪处理研究

传统的路径追踪算法能够有效地追踪光线的运动轨迹,从而在屏幕上呈现出真实的渲染效果,但传统的光线追踪算法只能够追踪镜面反射或规则的折射光,追踪漫反射光消耗太大,效率低下。基于蒙特卡洛概率方法的光线追踪能够从统计意义上很好地实现物体间漫反射的光照效果,极大地解决了传统光线追踪的缺陷和效率问题,然而只有当采样数为无限大时,蒙特卡洛方法才是无误差的。为了提升渲染性能和质量,尽可能缩小误差,提出了一种根据颜色采样分布进行降噪处理的优化方法,该方法可以减少采样数,通过后期处理来去除噪声。通过在自研图形引擎中渲染虚拟场景对比实验发现,根据颜色采样分布进行降噪处理的方法能够实现较好的渲染及降噪效果,提高整个算法的性能以及画面表现。     

裁剪后二次曲面的光线跟踪

提出了一个对裁剪后二次曲面进行光线跟踪的新方法。在该方法中引进了一个易于由世界坐标求参数的辅助参数空间，通过预处理，事先将原参数域下的边界变换到新的参数空间。这样，光线与曲面的求交仍可按二次曲面的几何参数进行，求出交点后，再将交点变换到辅助参数空间，在新的参数域中判断交点是否在裁剪过的曲面上。     

一种光线跟踪的包容性检测算法

提出了一维投影判别法和基于右手定则的空间多边形的包容性检测算法,该算法将空间多边形和线面交点投影至一维坐标轴并进行包容性的必要性判定,以少量逻辑比较即可排除大多数无关面片,然后利用基于右手定则的包容性检测算法,进行充分性判定。理论计算和模型中的应用表明,此算法用时显著减少。     

基于空盒自适应生成的动态场景光线跟踪计算

提出了一项光线跟踪新技术,能有效提高光线在空白区域的行进速度.该技术首先用一种新方法创建均匀空间网格,然后用较少的空盒自适应聚集空的空间网格,以加快光线跟踪的计算.新加速结构的创建时间复杂度和空间复杂度均是O(n),而相应的光线跟踪计算的时间复杂度为O(logn),与kd树结构相当.当该结构与已有的一些加速结构结合后,能很好地处理大规模动态场景.比如,光线逐根跟踪且计算二次衍生光线时,新技术可在普通PC机上高真实感地交互绘制包含6G三角面片的多Buddha动态场景.     

光线跟踪算法中的求交问题

针对Ｋａｙ和Ｋａｙｊｉｙａ提出的光线求交算法进行了几何说明，并提出了改进方法，使求交计算量更小。     

基于Metropolis光线跟踪的组合滤波器

蒙特卡罗方法是计算全局光照的基础,目前已经有很多基于蒙特卡罗的全局光照算法,但大多数算法在渲染时间上都有一定局限性。在蒙特卡罗方法基础上,结合Metropolis光线跟踪算法和组合滤波器,提出一种新的全局光照算法。该算法分为两个部分,首先使用多组不同尺度的滤波器对图像进行处理,然后将多组滤波器处理后的结果组合成最终的结果。该算法使用相对均方根误差作为选择滤波尺度的依据,在采样和重建过程中自适应地为每个像素选择合适的滤波器,以最大化降低误差,得到更好的重建结果。实验结果表明,该算法相对于传统Metropolis算法在效率和图像质量上都有较大提高。     

3D场景全局光照研究与实现

随着科技的发展网络的提速,人们对于3D场景的应用越来越多,体验需求不断提高。3D场景的真实感绘制需要建立相应的物理光照模型,考虑光线传播过程中的多次反射折射现象。根据物体表面对光线的反射特性,可以建立物理模型,重点介绍了Phong模型。真实感光照绘制算法主要有两种,光线追踪和辐射度算法,分别分析了两种算法实现原理和实现细节,并分别使用两种算法实现3D场景的绘制,对实验结果进行了分析比较。     

基于辐射度与Phong模型的高级光照模型及光线跟踪实现

光线跟踪算法所基于的的Phong光照模型对于面片之间的辐射与色素渗透效应(即漫反射相互反射,diffuseinterreflection)表现不足,该文在辐射度与Phong光照模型的理论基础上提出了高级光照模型,并对该模型提出相应的简化模型及加速算法予以实现。     

基于复杂场景图的光线追踪渲染的Kd-tree构造

在基于光线跟踪等的全局光照绘制中,改良空间划分结构一直是各种加速策略中重要的方法之一。对常见的空间结构构建方法进行研究,针对复杂室内场景提出一种快速的分区构建方法。首先,算法并不直接将整个空间进行剖分,而是采用分组策略,结合包围盒进行判断,将具有一定空间联系的场景实体合并成一定数量的组;之后,对每个组使用优化后的Kd-tree构建细分结构,并提出合理的终止条件。与以往的方法相比,该方法构建的加速结构更适合于基于场景图构建的复杂室内环境,为快速生成真实感图形提供了有效的手段。     

A Rendering Equation for Specular Transfers and Its Integration into Global Illumination

In this paper, we present a rigorous theoretical formulation of the fundamental problem—indirect illumination from area sources via curved ideal specular surfaces. Intensity and area factors are introduced to clarify this problem and to rectify the radiance from these specular surfaces. They take surface geometry, such as Gaussian curvature, into account. Based on this formulation, an algorithm for integrating ideal specular transfers into global illumination is also presented. This algorithm can deal with curved specular reflectors and transmitters. An implementation is described based on wavefront tracing and progressive radiosity. Sample images generated by this method are presented.     

Priority-driven Ray Tracing

A typical ray tracing algorithm traces a ray through each screen-pixel and spawns secondary rays at ray–object intersection points. Unlike traditional ray tracers which follow these rays recursively, we assign a priority value to each newly spawned ray and insert it into a priority queue. The priority assigned to each ray can be based on a variety of criteria, some of which we explore here. The next ray we trace is always the one with the highest priority in the queue. Occasionally, we trigger display updates when a checkpoint or predefined threshold is reached, providing intermediate images for review and evaluation. Classical ray tracers, once given the rendering specifications, are not controllable by the user. The priority-driven ray tracing, on the other hand, provides the user with a mechanism to steer the rendering and deliver intermediate images amid processing. This paper describes the illumination model of the non-recursive priority-driven ray tracer and evaluates its memory and time requirements. We show that although worst-case memory requirements can be overwhelming, in practice, our method is both useful and feasible. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Scalable Ray Tracing Using the Distributed FrameBuffer

Image‐ and data‐parallel rendering across multiple nodes on high‐performance computing systems is widely used in visualization to provide higher frame rates, support large data sets, and render data in situ. Specifically for in situ visualization, reducing bottlenecks incurred by the visualization and compositing is of key concern to reduce the overall simulation runtime. Moreover, prior algorithms have been designed to support either image‐ or data‐parallel rendering and impose restrictions on the data distribution, requiring different implementations for each configuration. In this paper, we introduce the Distributed FrameBuffer, an asynchronous image‐processing framework for multi‐node rendering. We demonstrate that our approach achieves performance superior to the state of the art for common use cases, while providing the flexibility to support a wide range of parallel rendering algorithms and data distributions. By building on this framework, we extend the open‐source ray tracing library OSPRay with a data‐distributed API, enabling its use in data‐distributed and in situ visualization applications.     

双向路径跟踪与光子跟踪相结合的全局光照算法

在详细分析光子跟踪算法的特性的同时．指出光子跟踪算法与路径跟踪算法在数学定义与实际计算结果上的区别,同时在保证光子跟踪算法正确性的前提下将其加入双向路径跟踪算法．得到一个综合各个算法优点的改进的双向路径跟踪算法。     

加快光线跟踪计算的网格优化划分

网格是一类重要的光线跟踪加速结构,其结构简单、能快速创建.但是网格划分的尺度对光线跟踪的效率有很大的影响.针对此,提出一种代价预估计算方法.以度量网格划分对光线跟踪计算效率的影响,并由此计算网格优化划分的分辨率,首先根据模型类型和网格使用方式计算几种场景参数,分别预估网格创建、跟踪和空间的开销;然后根据不同应用需求,以相应的预估代价最小来进行网格的优化划分.与已有方法不同,文中方法考虑了场景中面片分布类型对网格划分的影响,提高了度量计算的精度;还综合考虑了网格创建时间、空间需求等因素,以便度量计算能根据绘制任务的不同进行相应的优化处理.该方法能更好地提高绘制效率,特别是能处理动态场景和面片非均匀分布的复杂场景,而这些是已有方法难以处理的.实验结果表明,文中方法的预估网格优化分辨率与实际的最优分辨率很接近,优于已有的类似工作.     

一种面向并行实现的全局光照算法

提出了种适合于并行实现的全局光照算法。对真实感图象的实时生成和交互式性运行进行了有益的探索,算法主要由两个模块组成;粒子跟踪过程,网格优化与密度估计过程,在此进行了详细介绍。另外,给出算法实际运行得到的具有高度真实感的生成图象。     

分子可视化中的光线追踪棋盘渲染

在分子可视化中使用光线追踪渲染图像能够极大地促进研究人员对分子结构的观察和感知,但现有的光线追踪方法存在实时性能不足以及渲染质量不佳的问题.文中提出了一种光线追踪棋盘渲染方法.该方法利用棋盘渲染技术对光线追踪方法进行优化,其流程主要划分为重投影、渲染、重建和孔填充4个阶段,在各阶段中,提出了针对棋盘渲染的改进,包括光线...     

基于光线跟踪的虚拟数控车削加工图形生成技术

采用光线跟踪算法实现高真九控车削加工的图形生成,并以离线方式实现其加工过程仿真。在仿真过程中简化了Ｔｏｒｒａｎｃｅ－Ｓｐａｒｒｏｗ光照模型,利用特征造型技术避免了繁复的布尔运算。根据凸多面体的约束条件及凸多面体裁剪的Ｃｙｒｕｓ－Ｂｅｃｋ算法,设计出射线与长方体求交的高效算法,算法不仅执行效率高,而且还可推至光线与任意凸多面体的求交与测试计算     

A Vector Approach for Global Illumination in Ray Tracing

This paper presents a method taking global illumination into account in a ray tracing environment. A vector approach is introduced, which allows to deal with all the types of light paths and the directional properties of materials. Three types of vectors are defined: Direct Light Vectors associated to light sources, Indirect Light Vectors which correspond to light having been diffusely reflected at least once and Caustic Light Vectors which are associated to light rays emitted by sources and reflected and/or transmitted by specular surfaces. These vectors are estimated at a small number of points in the scene. A weighted interpolation between known values allows to reconstruct these vectors for the other points, with the help of a gradient computation for the indirect component. This approach also allows to take uniform area light sources (spherical, rectangular and circular) into account for all the types of vectors. Computed images are thus more accurate and no discretizing of the geometry of the scene is needed.