快速景深渲染算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、拍照時,聚焦區(qū)域圖像清晰,而聚焦區(qū)域的前后圖像模糊,這種效果就是景深效果。更加準確的說,景深是場景中可以清晰成像的這段距離范圍,這段范圍之外的圖像是模糊的。景深效果對于電影,動畫片,攝影有著重要的藝術(shù)價值;對于三維游戲和虛擬現(xiàn)實應用它是場景真實感的體現(xiàn),是對于用戶沉浸感的保證。因此,快速景深渲染的價值就在于交互編輯工具的實時預覽和三維游戲場景的實時渲染。
　　由于透鏡的物理特性以及光圈的存在,前景背景物體的點會在成像平面上形成了一

2、個圓圈(彌散圈),這是景深效果的成因。根據(jù)幾何光學,學者們建立了每個點深度與其彌散圈的大小的數(shù)量關(guān)系。這個關(guān)系就是快速景深渲染的理論基礎(chǔ)。
　　本文不僅研究了基于物體空間的經(jīng)典景深渲染方法,還深入研究分析了現(xiàn)有的快速景深渲染方法(后處理方法:利用單相機模型渲染出來的場景圖結(jié)合深度圖,獲得景深效果)。本文從效果、性能等多個維度分析了現(xiàn)有方法,指出了現(xiàn)有方法的問題以及問題產(chǎn)生的原因。在此基礎(chǔ)上,本文總結(jié)出來了幾種常見的人工痕跡:顏色泄

3、露,深度不連續(xù),缺少部分遮蔽和深度離散化問題。對這些人工痕跡的成因進行了分析之外,本文還結(jié)合現(xiàn)有方法,指出了這些人工痕跡的去除思路。
　　通過對現(xiàn)有方法和人工痕跡的深入研究,本文提出了基于顏色擴散的分層景深渲染方法。本文主要思想是利用深度剔除方法來獲取被遮蔽的信息;利用像素點顏色擴散模型,分層計算來模擬出部分遮蔽效果。
　　本文方法主要分為兩個階段,預處理階段包括深度剔除,深度圖的獲取以及CoC圖的計算;后處理階段首先利用擴

4、散模型和分層思想進行分解,然后進行融合;最終渲染出逼真的景深效果。本文方法的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在對于現(xiàn)有深度剔除方法的改進,以及利用逐像素處理的后處理框架節(jié)省了大量顯存空間。
　　最后,本文在GPU上利用著色器實現(xiàn)了一個快速渲染景深系統(tǒng),并且根據(jù)GPU的計算特性對算法進行了進一步的優(yōu)化。本文將本方法與經(jīng)典算法—累積緩存方法,最快速的聚合濾波方法和最新的Schedl的方法進行了對比,從結(jié)果質(zhì)量和性能兩方面進行了分析。
　　結(jié)果表