面向可編程著色器的多光源加速算法研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著計算機軟、硬件水平的飛速發(fā)展，三維渲染在各行各業(yè)中都得到了迅速的普及和應(yīng)用，渲染質(zhì)量也隨著技術(shù)的創(chuàng)新和設(shè)備的提升有了長足的進步。尤其在影視界，基于真實感的三維渲染畫面帶給了觀眾們無與倫比的沖擊力。我國對于三維渲染技術(shù)也進行了大力扶持，三維渲染已經(jīng)成為國內(nèi)一股新興的產(chǎn)業(yè)力量。
　　對于大型電影級別的場景，其場景文件規(guī)模經(jīng)常是動輒幾百兆的大小，再加上高分辨率的要求，往往一幀圖片就要渲染很長時間。而且為了模擬出現(xiàn)實世界中復(fù)雜的光照效

2、果，往往在一個場景中會設(shè)置大量的光源，因為每個渲染點在渲染時都會遍歷全部光源，渲染時間也會隨著光源數(shù)目增加而呈線性增長關(guān)系。這樣極大的限制了場景設(shè)計的自由性，設(shè)計師往往會為了提高渲染效率，不得不減少光源數(shù)目，嚴重影響了場景的表現(xiàn)。
　　為了解決場景中光源數(shù)目增加，渲染時間線性增長的問題，產(chǎn)生了多光源優(yōu)化的技術(shù)。多光源優(yōu)化技術(shù)降低了光源數(shù)目對效率影響的敏感度，使渲染時間和光源數(shù)目之間的關(guān)系降為亞線性。人們可以更多的關(guān)注于如何去模擬更

3、加真實的光照效果，而不必太擔(dān)心引入大量光源導(dǎo)致的效率下降。
　　本文針對經(jīng)典的幾種多光源優(yōu)化的算法進行比對分析后，認為基于層級結(jié)構(gòu)的Lightcuts算法具有較優(yōu)的加速效果，而且普適性較強，對于真實感渲染中的一些復(fù)雜的光照計算，像面積光、環(huán)境貼圖、基于虛擬點光源的間接光照等效果的實現(xiàn)，都有相應(yīng)的支持方案。其基本思想是先將光源按照規(guī)則聚類成二叉樹，然后從樹的根節(jié)點開始分裂，滿足錯誤閾值范圍內(nèi)就停止分裂，用此時的結(jié)果（稱為一個光源割）

4、作為光源進行光照計算，減少了需要計算的光源數(shù)目。
　　本文中進行研發(fā)的平臺是基于Renderman規(guī)范的開源渲染引擎Pixie，能夠讀取rib文件，并支持用RenderMan著色語言(RSL)編寫著色器。原始的Lightcuts多光源加速算法沒有對可編程著色器渲染系統(tǒng)的相應(yīng)支持方法，本文將Lightcuts算法與Pixie渲染引擎進行了結(jié)合，在保證了可編程著色器靈活性的同時，設(shè)計了接口以支持Lightcuts多光源優(yōu)化算法。在實現(xiàn)

5、算法的過程中，本文根據(jù)引擎工作流程的特點，對算法進行了優(yōu)化。而且通過觀察實際渲染過程，發(fā)現(xiàn)陰影處的加速效果不明顯，因此提出了陰影域和背景亮度兩個經(jīng)驗參數(shù)，在項目中應(yīng)用并得到了預(yù)期的效果。
　　本文實現(xiàn)Lightcuts算法主要針對與引擎工作流程的結(jié)合，只支持了基本光源（點光源，平行光，聚光燈），還需要擴展支持光源的種類。為了進一步研究Lightcuts算法對面積光的支持，作為初步工作，本文還討論了對引擎中面積光實現(xiàn)方式的改進。