基于GPU硬件加速的虛擬室內(nèi)場景中輻射度光照算法的研究及應(yīng)用.pdf

1、ResearchAndApplicationOnRadiosityIlluminationBasedOnGPUHardwareAccelerationInVirtualIndoorSceneAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYYUPingSupervisedbyJIANGXiaotongSchoolofInstru

2、mentScience&EngineeringSoutheastUniversityNanjing，ERChinaApril2014摘要摘要光照技術(shù)是得到高質(zhì)量圖形的重要因素之一。在三維室內(nèi)場景真實感渲染中，光照的效果是必不可少的，光照效果的優(yōu)劣直接影響到整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)仿真的程度。因此光照算法的研究是目前計算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點之一，具有廣泛的應(yīng)用價值。光照模型的優(yōu)劣直接影響到整個光照渲染的效果，本文著重研究了輻射度算法這一全局光照模型

3、。輻射度光照算法通過模擬光在兩個物體中的傳播塑造了環(huán)境中光的物理行為，能夠產(chǎn)生一些局部光照方法不能模擬的效果，如：陰影和相互反射。輻射度算法應(yīng)用的關(guān)鍵是面片形狀因子的計算，傳統(tǒng)輻射度方程求解的復(fù)雜度是oCN2)，N是整個場景被分割成的面片的數(shù)目，這需要很大的計算量和存儲空間，對于復(fù)雜場景是不允許的。為了解決這一問題，Cohen等人提出了逐步求精輻射度算法，它可以做到即時地計算形狀因子，避免了大量的存儲要求，它不斷重復(fù)著從一個面片“射出”

4、能量傳遞到場景中其他面片的過程。本文首先對傳統(tǒng)逐步求精算法中存在的一些問題進(jìn)行改進(jìn)：通過預(yù)計算出場景葉節(jié)點的PVS(潛在可視集)矩陣，來提高面片可見性判斷的效率，加速形狀因子的計算；通過讓面片的輻射度能量進(jìn)行過度發(fā)射使的其對應(yīng)的光照貼圖被選中一次后就不會被再次選中作為發(fā)射面，這樣可以加快輻射度方程求解的收斂速度。但是對于面片數(shù)目比較多時，整個計算過程仍然非常耗時，為了從根本上加速輻射度算法的求解和改善光照的效果，本文采用了基于GPU硬件

5、加速來實現(xiàn)逐步求精輻射度光照算法，該方法利用可編程圖形處理單元GPU的并行計算能力，將輻射度算法中面片可見性的判斷和形狀因子的計算完全在可編程圖形硬件中完成。在片段著色器程序?qū)崿F(xiàn)形狀因子的計算和每個面片輻射度的求解。通過應(yīng)用程序創(chuàng)建自己的幀緩沖區(qū)對象，利用離屏渲染、紋理緩存等技術(shù)來進(jìn)行渲染和中間結(jié)果存儲。該方法對于簡單場景可以達(dá)到交互的速度，對于復(fù)雜場景會大大提高其計算速度，改進(jìn)其光照渲染的效果。現(xiàn)代GPU技術(shù)的發(fā)展極大推進(jìn)了計算機(jī)實時