摘要：

真實感繪制技術作為計算機圖形學的一個重要組成部分,致力于使用計算機對現實世界進行準確模擬,將三維場景渲染成非常真實的圖像.計算機渲染的圖像的真實感很大程度上是由其采用的光照模型決定的.全局光照模型相比于局部光照模型不僅包括從光源發出的直接光照的作用,還需考慮場景物體間反射和折射等間接光照的因素,因此渲染的結果要遠優于局部光照.能實現真實光照效果的全局光照渲染技術吸引了國內外眾多學者的關注和研究.作為全局光照渲染技術的重要方法,光線跟蹤相比于其他全局光照算法是完全按照光學原理來進行光照的處理和渲染的,從理論上具有更優越的真實性.然而傳統的光線跟蹤算法需要處理和計算的光線數量過于巨大,使得完全模擬全局光照的光線跟蹤很難應用于游戲和虛擬現實等實時渲染領域.光線跟蹤的加速結構能有效降低光線跟蹤中光線與物體求交這一性能瓶頸的計算次數,從而提升性能.目前加速結構有以KD樹為代表的空間加速結構和以BVH(層次包圍盒)為代表的層次加速結構,其中BVH更適用于動態場景,且易于在GPU上實現.本文的研究目標為在保持較高渲染質量的前提下,通過對現有光線跟蹤加速結構進行進一步地研究和改進,并基于NVIDIA的OptiX光線跟蹤引擎的GPU高性能,實現全局光照渲染實時性的提升.本文的主要工作和成果為:對近年BVH加速結構的代表性改進方法SBVH和LBVH進行了重點研究,基于LBVH的快速GPU構建算法,結合SBVH方法的三角面分割思路,并對BVH的結構進行優化,得到了兼有LBVH的快速構建和SBVH高質量遍歷性能優點的改進BVH方法.該方法在接近LBVH的構建速度的同時,達到了SBVH約90%的遍歷性能,在中等和小型規模的動態場景中,可以取得更優的性能.基于OptiX引擎設計出光線跟蹤的GPU可編程渲染管線,基于此可編程管線可以實現其他基于光線跟蹤的全局光照方法;實現了一款基于光線跟蹤的全局光照渲染器,支持多種材質,實驗表明其渲染質量不弱于基于CPU的Mitsuba渲染器,且渲染速度平均約為其7倍,對于中小規模的場景,可達到交互式或實時的級別.

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机图形学 全局光照及方法,实时全局光照渲染研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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