实时渲染中的动态全局照明技术

发布时间：2021-05-12 05:32

　　动态全局照明技术（dynamic global illumination）是图形学以及游戏行业中的一个重要研究领域。在电影或者游戏的三维场景中采用全局照明来模拟现实世界中的直接光照和间接光照,从而提高画面的渲染质量。但是精确的全局照明技术往往需要模拟大量的光线传播,相当耗费资源,一般适合于离线渲染。动态全局照明是实现渲染质量与渲染效率相互平衡,并且能够在实时帧率下近似模拟全局光照的一种重要的实时渲染技术。对于实时应用领域有着重要的研究价值。从实时性的角度,动态全局光照技术主要分为两种:纯实时全局光照渲染技术。例如voxel cone tracing全局照明算法。和预处理与实时渲染相结合的全局光照渲染技术。例如image based lighting全局照明算法和light probe based全局照明算法。本课题设计并搭建了一个基于OpenGL的动态全局光照的三维渲染引擎:Black Pearl渲染引擎。在Black Pearl渲染引擎上设计和实现了三种动态全局光照算法,分别是:体素锥追踪照明（voxel cone tracing GI）、基于图像的照明（image based li... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：117 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
缩略语对照表
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究状况
        1.2.1 基于烘焙贴图的动态全局光照
        1.2.2 基于光照探针的全局光照
        1.2.3 基于体素的全局光照
    1.3 本文主要研究内容
第2章 渲染引擎设计
    2.1 渲染引擎架构设计
    2.2 光栅化渲染管线
        2.2.1 渲染管线
        2.2.2 Shader
    2.3 坐标变换与相机系统
    2.4 Phong lighting
    2.5 多种全局光源模拟
    2.6 Renderer设计
    2.7 ECS系统设计
        2.7.1 Object管理
        2.7.2 Component组件
        2.7.3 Render System和UI System
    2.8 Animation
    2.9 本章小结
第3章 基于shadow map的动态阴影设计与实现
    3.1 Shadow map based GI
        3.1.1 shadow map原理
        3.1.2 shadow map实现
        3.1.3 shadow map渲染管线设计
    3.2 Direction Light shadow map实现
    3.3 Omnidirectional shadow map实现
    3.4 本章小结
第4章 Voxel cone tracing GI算法设计与实现
    4.1 Voxel cone tracing GI原理
        4.1.1 Voxel cone tracing GI渲染管线设计
    4.2 Voxel cone tracing GI实现
        4.2.1 体素范围优化
        4.2.2 体素化
        4.2.3 mipmap结构
        4.2.4 漫反射光锥追踪
        4.2.5 镜面反射光锥追踪
        4.2.6 阴影锥追踪
        4.2.7 体素可视化
        4.2.8 间接镜面反射光照滤波优化
        4.2.9 体素化闪烁现象优化
    4.3 Voxel cone tracing GI实验结果与分析
        4.3.1 实验环境与场景配置
        4.3.2 实验结果
        4.3.3 实验结果分析
    4.4 voxel cone tracing GI渲染管线创新点分析
        4.4.1 与SVO cone tracing算法的对比实验
    4.5 本章小结
第5章 Image based lighting GI算法设计与实现
    5.1 Image based lighting GI原理
    5.2 基于物理的光照渲染原理
        5.2.1 直接光照的BRDF模型
        5.2.2 全局光照的BRDF模型
    5.3 Image based lighting GI渲染管线设计
    5.4 Image based lighting GI实验结果与分析
        5.4.1 实验环境与场景设置
        5.4.2 实验结果
        5.4.3 实验结果分析
    5.5 本章小结
第6章 Light probe based GI算法设计与实现
    6.1 Light probe based GI原理
    6.2 Light probe based GI渲染管线设计
    6.3 Light probe结构设计
    6.4 Light probe的球谐函数表示
    6.5 diffuse irradiance cubemap与球谐系数对比
        6.5.1 预处理时间对比
        6.5.2 间接漫反射光照的还原时间对比
        6.5.3 存储空间对比
    6.6 Light probe放置与插值
        6.6.1 分区管理与缓存优化Light probe排序
    6.7 动态阴影处理
    6.8 延迟渲染原理
        6.8.1 G buffer
        6.8.2 延迟渲染管线
    6.9 reflection light probe更新
    6.10 动态环境光照处理
    6.11 Light probe based GI实验结果与分析
        6.11.1 实验环境与场景设置
        6.11.2 实验结果
        6.11.3 实验结果分析
    6.12 light probe based GI渲染管线创新点分析
    6.13 本章小结
第7章 动态全局照明算法比较
    7.1 光照信息存储结构对比
    7.2 适用场景对比
    7.3 算法实时性对比
        7.3.1 变化的环境光照
        7.3.2 变化的直接光照
        7.3.3 场景中移动的物体
        7.3.4 场景的突然变化
        7.3.5 实时阴影
    7.4 渲染质量对比
    7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3182829