【摘 要】
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动态全局光照效果是计算机图形学领域中的一个重要研究分支。渲染动态全局光照效果不仅需要模拟光线在场景中的传播过程,同时还要处理场景变化带来的影响,所以整体光照计算的复杂度较高。近年来,随着硬件技术的快速发展,如何实时渲染动态全局光照效果是游戏行业的研究热点。该领域的研究结果能够极大地提升游戏画面的真实感,成为游戏产品竞争的制高点,具有非常广泛的应用价值。全局漫反射光照效果是全局光照效果的重要组成部分
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动态全局光照效果是计算机图形学领域中的一个重要研究分支。渲染动态全局光照效果不仅需要模拟光线在场景中的传播过程,同时还要处理场景变化带来的影响,所以整体光照计算的复杂度较高。近年来,随着硬件技术的快速发展,如何实时渲染动态全局光照效果是游戏行业的研究热点。该领域的研究结果能够极大地提升游戏画面的真实感,成为游戏产品竞争的制高点,具有非常广泛的应用价值。全局漫反射光照效果是全局光照效果的重要组成部分,对最终渲染效果影响程度较高。目前,游戏应用中普遍采用诸如烘焙光照贴图等预计算的方法实现全局漫反射光照。此类算法虽然满足实时性要求,但通用性不足,无法在动态场景下使用。基于体素的全局漫反射光照算法虽然能够处理动态场景,但其渲染结果存在漏光等问题。本文以游戏应用为背景,提出并实现了一种面向动态场景的实时全局漫反射光照算法。本算法创新地将体素、有向距离场以及探针三项技术结合。首先,该算法采用硬件光栅器将场景体素化,并计算反射阴影图和Ambient Cube,运用Clipmap实时更新、编码和管理体素中的光照及材质数据。其次,用预计算的局部有向距离场,构建可实时更新的全局有向距离场,从而提升场景中任意两点间可见性计算的效率,确保光照计算的正确性,并有效解决漏光问题。最后,在体素和有向距离场的基础上,用探针技术计算并存储场景中的光线辐照度。本算法结合体素与探针模拟光线在物体间多次反射的过程。通过采样探针数据,能够重建场景任意表面的辐照度并计算全局漫反射光照。本算法能够有效支持动态光源以及动态场景,大幅提升场景光照的渲染质量,为渲染游戏动态场景的全局漫反射光照效果提供了一种可行的方法。本算法使用Direct X图形库实现。使用HLSL(High Level Shading Language)着色器编程语言实现全局漫反射光照的渲染管线和计算着色器。本文算法的实验对比了不同场景、不同光照环境以及不同参数配置下的渲染结果和性能数据。实验结果表明,本算法达到了动态场景全局漫反射光照实时渲染的交互性要求,同时,全局漫反射光照的真实感效果和渲染结果的正确性均有提高。
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