全天候動(dòng)態(tài)光影效果的實(shí)時(shí)渲染研究.pdf

1、在社會(huì)各行業(yè)領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)虛擬環(huán)境系統(tǒng)的需求不斷增加的同時(shí)，人們也希望虛擬環(huán)境能提供更強(qiáng)烈的真實(shí)感體驗(yàn)。天空環(huán)境景觀的渲染是室外自然光照環(huán)境的仿真模擬的一個(gè)重要方面。由于天空環(huán)境中復(fù)雜的光傳播特性，具有高度真實(shí)感的全局光照模型通常計(jì)算消耗過大，難以直接應(yīng)用在實(shí)時(shí)渲染應(yīng)用中。然而現(xiàn)有的許多經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒鼙憩F(xiàn)出真實(shí)世界中豐富多變的天空景象，這個(gè)時(shí)候需要尋求有效的解決方案將物理規(guī)律應(yīng)用在實(shí)時(shí)渲染中，平衡真實(shí)感與實(shí)時(shí)性的矛盾。
　　室外光照環(huán)境

2、中，由于地球大氣對可見光的吸收、散射、反射、折射等作用，直接影響了地球上各地的光照強(qiáng)度分布。考慮到大氣散射對天空外觀的影響至關(guān)重要，尤其是造成天空顏色變化的決定性因素。本文研究將大氣散射理論引入天氣系統(tǒng)的模擬計(jì)算中，提出了一個(gè)基于大氣散射模型的動(dòng)態(tài)天空環(huán)境實(shí)時(shí)渲染系統(tǒng)。
　　本文旨在經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)上，以物理的方法計(jì)算大氣散射對天空光照分布的影響，并依據(jù)這一模型模擬天空中的多種光學(xué)現(xiàn)象。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的天氣系統(tǒng)，能夠模

3、擬全天24小時(shí)天空景象的明暗變化過程，并且提供了一個(gè)所見即所得的場景天氣編輯器，使得用戶能夠自由控制天空環(huán)境的渲染效果及其變化。這一系統(tǒng)能夠渲染常見的大氣光學(xué)現(xiàn)象，包括天空顏色、太陽、月亮、星空、云，以及表現(xiàn)遠(yuǎn)處物體的空氣透視感。通過控制大氣狀態(tài)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對不同程度的晴天、陰天和多云天氣的模擬。
　　本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于如下工作：
　?、僭谑彝鈭鼍颁秩局?，提出基于物理的大氣散射簡化計(jì)算方法，并將其用于實(shí)時(shí)模擬室外天