虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中全局光照實時渲染技術研究.pdf

1、現(xiàn)代突飛猛進的計算機圖形技術，對于如何真實地模擬和再現(xiàn)虛擬事物，在Offline rendering（離線渲染）方面已經(jīng)有多年的經(jīng)驗積累，但實時渲染技術方面仍是現(xiàn)階段計算機藝術領域不斷追尋的課題，而VR（virtual reality）虛擬現(xiàn)實又是這實時渲染技術實現(xiàn)的主要載體。
　　GI（Global Illumination）全局光照在對于寫實場景的模擬，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，多次漫反射等復雜的過程，其存在著的計算效率低、逐幀計算等問題很難直接運用于實時渲染的VR產(chǎn)品中。一般的，將光影渲染轉換到光影貼圖并進行保存，在實時渲染時直接讀取調用貼圖上的信息，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必須反復渲染，比選調試參數(shù)。
　　同時，全局光照看上去雖然是一個大概念的光照類型，其實根據(jù)環(huán)境的不同，照明物體的性質不同，效果與模擬方式也各不相同。比如室外的天光，它

3、是一種范圍無窮大的平行光，而室內的人工照明，多為有亮度衰減的點光源或具有幾何外觀的面光源。即使天光照進室內，也會因穿過玻璃損失能量，與室外直射天光不同。因此，對這些特殊的情況，結合實時渲染技術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)實項目“上海交通大學數(shù)字校園”展開研究，對于全局光照的實時渲染深入分析，并提出各個特征效果的計算機實現(xiàn)方法，對起決定性因素的參數(shù)多次對比嘗試，確立了一套比較合理的設置，應用到項目中。<

4、br>　　本文的研究重點及主要成果有：
　　(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、間接光源在真實光照系統(tǒng)中的重要性，通過Unreal3（虛幻3）引擎對全局燈光設置等一些重要的實現(xiàn)步驟進行研究。
　　(2)應用室內點光源以及基于物體材質本身的區(qū)域光源技術，來模擬室內（教室）真實光照效果。了解了物體光源在應用時的實用性與重要性。同時通過結合半透明陰影的研究學習，得到最終

5、比較正確的室內全局光照效果。
　　(3)引入了Ambient Occlusion（環(huán)境遮照）技術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)境遮照兩種計算方式，通過對比調試，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)化場景渲染效率。主要對多邊形面數(shù)以及大量高分辨率貼圖的實時渲染情況擬定了優(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