虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中全局光照實(shí)時(shí)渲染技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代突飛猛進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，對(duì)于如何真實(shí)地模擬和再現(xiàn)虛擬事物，在Offline rendering（離線渲染）方面已經(jīng)有多年的經(jīng)驗(yàn)積累，但實(shí)時(shí)渲染技術(shù)方面仍是現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)藝術(shù)領(lǐng)域不斷追尋的課題，而VR（virtual reality）虛擬現(xiàn)實(shí)又是這實(shí)時(shí)渲染技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要載體。
　　GI（Global Illumination）全局光照在對(duì)于寫實(shí)場(chǎng)景的模擬，有著重要的意義和作用。雖然在離線渲染產(chǎn)品中運(yùn)用得十分廣泛，但是由于這類全局

2、光照包含直接光照和間接光照，多次漫反射等復(fù)雜的過程，其存在著的計(jì)算效率低、逐幀計(jì)算等問題很難直接運(yùn)用于實(shí)時(shí)渲染的VR產(chǎn)品中。一般的，將光影渲染轉(zhuǎn)換到光影貼圖并進(jìn)行保存，在實(shí)時(shí)渲染時(shí)直接讀取調(diào)用貼圖上的信息，這是通常的思路和解決方案。但也因參數(shù)繁多，在前期制作光影貼圖時(shí)必須反復(fù)渲染，比選調(diào)試參數(shù)。
　　同時(shí)，全局光照看上去雖然是一個(gè)大概念的光照類型，其實(shí)根據(jù)環(huán)境的不同，照明物體的性質(zhì)不同，效果與模擬方式也各不相同。比如室外的天光，它

3、是一種范圍無(wú)窮大的平行光，而室內(nèi)的人工照明，多為有亮度衰減的點(diǎn)光源或具有幾何外觀的面光源。即使天光照進(jìn)室內(nèi)，也會(huì)因穿過玻璃損失能量，與室外直射天光不同。因此，對(duì)這些特殊的情況，結(jié)合實(shí)時(shí)渲染技術(shù)的研究就成為極其有意義的工作。
　　本文以自己制作的虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目“上海交通大學(xué)數(shù)字校園”展開研究，對(duì)于全局光照的實(shí)時(shí)渲染深入分析，并提出各個(gè)特征效果的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)起決定性因素的參數(shù)多次對(duì)比嘗試，確立了一套比較合理的設(shè)置，應(yīng)用到項(xiàng)目中。<

4、br>　　本文的研究重點(diǎn)及主要成果有：
　　(1)分析室外光照的區(qū)域光源表現(xiàn)半影柔化陰影效果，通過直接照明和2次間接照明的比較，確定了漫反射、間接光源在真實(shí)光照系統(tǒng)中的重要性，通過Unreal3（虛幻3）引擎對(duì)全局燈光設(shè)置等一些重要的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行研究。
　　(2)應(yīng)用室內(nèi)點(diǎn)光源以及基于物體材質(zhì)本身的區(qū)域光源技術(shù)，來模擬室內(nèi)（教室）真實(shí)光照效果。了解了物體光源在應(yīng)用時(shí)的實(shí)用性與重要性。同時(shí)通過結(jié)合半透明陰影的研究學(xué)習(xí)，得到最終

5、比較正確的室內(nèi)全局光照效果。
　　(3)引入了Ambient Occlusion（環(huán)境遮照）技術(shù)來夸大間接陰影的效果。并且嘗試了基于光照貼圖的環(huán)境遮照和基于后處理的環(huán)境遮照兩種計(jì)算方式，通過對(duì)比調(diào)試，理解了決定環(huán)境遮照效果的一些主要參數(shù)意義。
　　(4)優(yōu)化場(chǎng)景渲染效率。主要對(duì)多邊形面數(shù)以及大量高分辨率貼圖的實(shí)時(shí)渲染情況擬定了優(yōu)化方案，分別從模型多邊形數(shù)以及貼圖（顯示貼圖和光照貼圖）著手，引入LOD（level of det