立即辐射度综述

立即辐射度作为一种实时全局光照方法,近年来在真实感实时绘制应用研究中得到了广泛的关注,尤其是与当前图形处理硬件GPU的配合,已使其成为适合于在PC上实现复杂场景实时绘制的一种重要方法。对立即辐射度算法进行了综述,以立即辐射度发展历程为主线,分析算法的基本思想,深入剖析了立即辐射度当前的扩展及优化;展现了立即辐射度方法的一个清晰蓝图,指出了该方法在实时全局光照领域中进一步的研究热点和发展方向。

聚类立即辐射度及在增强现实中的应用

提出一种聚类立即辐射度方法,以实现增强现实等领域需要高度真实感的全局光照算法来实现实时交互的绘制效果要求。为此,改进了传统的立即辐射度方法,将大量的用于表达间接光照的虚拟点光源聚类到少量的虚拟面光源中,并使用实时软阴影算法快速计算可见性。同时,借助图形硬件GPU加速场景绘制。实验结果表明,算法在增强现实环境等领域中支持完全动态场景,且在保证良好视觉效果的前提下获得了实时绘制帧率。

基于立即辐射度的实时全局光照算法

立即辐射度算法作为全局光照模拟的重要算法之一,在计算机图形学研究中受到广泛的关注,然而目前大部分基于立即辐射的算法都是离线渲染的。随着计算机硬件的发展,立即辐射度算法实时化已经成为一种趋势。通过图形渲染管线计算虚拟点光源,并用Lightcuts算法裁剪后的光源进行延迟着色光照计算,可实现性能较好的实时全局光照效果。

多光源实时全局光照算法的实现

针对全局光照尤其是多光源的全局光照的复杂性使其一直局限于离线应用的问题。对能量大的能代表多个光源的主光源,采用立即辐射度的方法,跟踪其光线产生虚拟点光源(VPLs:Virtual Point Lights),这些VPLs再照亮场景实现实时的一次反射的间接光照。对场景中其他非主光源采用预计算光照图的方式计算其直接光照,动态主光源的直接光照及其间接光照与预算的光照图结合。在牺牲少许渲染质量的前提下,用CPU(Central Processing Unit)预计算光照图,GPU(Graphics Processing Unit)计算间接光照,,并结合光照图合成最后的图像,实现了动态主光源、动态摄像机的多光源场景全局光照交互级绘制。

基于线性变换球面分布的实时间接光泽反射

目的在实时渲染领域中,立即辐射度算法是用于实时模拟间接光泽反射效果的算法之一。基于立即辐射度的GGX SLC(stochastic light culling)算法中使用符合真实物理定律的GGX BRDF(bidirectional reflectance distribution function)光照模型计算间接光泽反射,计算复杂度很高,并且其计算开销会随着虚拟点光源的数量呈明显的线性增长。为解决上述问题,提出一种更高效的实时间接光泽反射渲染算法。方法基于数学方法中的线性变换球面分布,将计算复杂度很高的GGX BRDF球面分布近似为一种计算复杂度较低的球面分布,并基于该球面分布提出了在单点光源以及多点光源环境下的基于物理的快速光照模型。该光照模型相比GGX BRDF光照模型具有更低的计算开销。然后基于该光照模型,提出实时间接光泽反射渲染算法,计算虚拟点光源对着色点的辐射强度,结合多点光源光照模型对着色点着色,高效地渲染间接光泽反射效果。结果实验结果表明,改进后的实时间接光泽反射算法能够以更高的渲染效率实现与GGX SLC算法相似的渲染效果,渲染效率提升了20%~40%,并且场景中虚拟点光源数量越多,所提算法的效率提升越大。结论基于线性变换球面分布的实时间接光泽反射算法,相比于GGX SLC算法,能够在不降低渲染效果的基础上,大幅提升间接光泽反射的渲染效率。