基于層級結(jié)構(gòu)的多光源優(yōu)化算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、三維動畫的快速發(fā)展，促使渲染技術(shù)愈趨成熟。光源效果是渲染過程中及其重要的方面，沒有光源的照射，即使再精彩的模型場景也是黑漆漆一片，而我們需要的渲染效果愈復(fù)雜，所需要的燈光照射也愈復(fù)雜，所以說絢麗多彩的效果離不開多光源的支持。
　　 在現(xiàn)實生活中，多光源的例子也隨處可見，研究表明，人們更喜歡多光源產(chǎn)生的光照效果。但是，在虛擬的3D世界中，渲染速度跟場景中光源的數(shù)量呈線性增長關(guān)系，這就意味著要想得到多光源的那種絢麗效果，就必須花費大

2、量時間去渲染，所以在多光源的優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生之前，設(shè)計人員在構(gòu)建場景的時候會優(yōu)先選擇用較少光源或者是去除不重要光源效果（例如場景中某些地方的陰影效果）的做法來獲得較快的渲染速度，另外，一些較復(fù)雜的場景，例如包含面積光[1，2]、HDR（high dynamic range高動態(tài)光照渲染）[3]、環(huán)境貼圖[4，5]以及間接光照[5]的場景，都可以用多光源的方法來近似，并且，經(jīng)過算法的優(yōu)化后，渲染時間和光源的數(shù)量呈亞線性的關(guān)系，這樣人們就不用擔(dān)

3、心建立多光源場景時的時間花費而更好的專注于復(fù)雜光照效果。
　　 本文在分析和對比了幾種多光源優(yōu)化算法后，選擇lightcuts[6]算法作為研究基礎(chǔ)，lightcuts算法是多光源優(yōu)化的典型代表，是一種基于層級結(jié)構(gòu)的自上而下的優(yōu)化算法，該算法應(yīng)用廣泛，可以處理點光源、面積光、HDR環(huán)境貼圖、天空光、太陽光、間接光照在非漫射材質(zhì)的任意集合體上的光照信息，該算法的核心思想是用較少光源來替代場景中的大部分光源而取得一樣的渲染效果，從而

4、在很大程度上加快渲染速度，本文會完整講述該算法的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。
　　 Lightcuts算法也不是完美的，在實際實現(xiàn)該算法的過程中，發(fā)現(xiàn)該算法在絕大部分情況下效果很好，但是在產(chǎn)生半影的地方容易出現(xiàn)走樣現(xiàn)象，本文對該問題進行了分析和研究，提出了一種改進之后的lightcuts算法并應(yīng)用在項目中取得預(yù)期效果。
　　 本文研究和實驗平臺是基于RenderMan[7，8]的Pixie[9]渲染器，由于渲染器中的可編程光源著色器不適合