基于Renderman規(guī)范的Catmull-Clark層次細分曲面渲染.pdf

1、影視特效的需求推動著計算機圖形學技術的發(fā)展，計算機圖形學技術對影視行業(yè)也有著巨大的影響。建模與渲染是計算機圖形學重要的研究與應用領域。研究人員研究出來許多渲染算法，如今的商業(yè)的渲染引擎大多支持多種渲染算法，其中Renderman規(guī)范的渲染器在渲染領域有著非同一般的地位。電影中逼真的物體是通過建模來表示的，Catmull-Clark細分曲面兼具NURBS和多邊形的優(yōu)點，既支持任意拓撲又能達到光滑的效果，是一種有效的建模方式。由于早期計算機

2、性能較低，并且細分算法又比較耗時，細分曲面在過去很多年里發(fā)展緩慢。隨著計算機性能的提升，細分曲面理論的完善和技術的積累，Pixar公司將細分曲面技術應用到了動畫電影中。隨著Pixar公司釋放相關專利和技術，基于Renderman規(guī)范的細分曲面應用越來越廣泛。細分曲面建模已經成為Maya建模方式的之一。對細分曲面這一重要的模型的支持成為真實感渲染引擎的必備功能。基于Renderman規(guī)范的Catmull-Clark層次細分曲面經過完全折痕

3、、半折痕、層次編輯等相關擴展才形成如今的規(guī)范。實現(xiàn)基于Renderman規(guī)范的細分曲面的有效渲染面臨著一些問題，這些問題包括支持層次編輯特征、在Reyes渲染流程中渲染效率問題、在光線跟蹤流程中加速結構與渲染效率問題。本文中我們討論并解決了這些問題。
　　本研究主要內容包括：⑴提出基于視角的自適應細分算法，該算法對非規(guī)則面進行不斷細分，將規(guī)則面轉化為雙三次B-樣條曲面，并通過著色密度控制雙三次B-樣條曲面和非規(guī)則面的細分過程。⑵提

4、出基于場景的漸進式的細分算法。在光線跟蹤渲染流程中，只細分對光線計算有影響的細分曲面，避免不必要的細分。此外還改進了層次細分曲面的加速結構，提升了渲染效率。⑶在現(xiàn)有的渲染系統(tǒng)上實現(xiàn)對Catmull-Clark層次細分曲面的表示和渲染，并且對網格數(shù)據結構、紋理映射計算、包圍盒邊界、層次編輯特征計算進行有效的實現(xiàn)。通過本文的工作，RenderWing渲染器已經完全支持基于Renderman規(guī)范的Catmull-Clark層次細分曲面。本文對