發(fā)布時間：2018-07-01 11:16

  本文選題：真實感繪制 + 高效采樣��； 參考：《浙江大學》2016年博士論文

【摘要】：真實感繪制是計算機圖形學中最重要的研究領域之一,它準確地模擬虛擬場景中光能傳輸過程,以呈現(xiàn)具有真實感的虛擬世界,并被廣泛用于制造、設計和娛樂等行業(yè)。目前主要的真實感繪制方法都是基于積分方程的數(shù)值求解,即在光路的空間中隨機生成采樣并用采樣加權求和方式得到積分方程近似解。由于光路空間維度很高并且非常復雜,因此這些方法需要巨大的計算量。本文針對復雜場景條件下的真實感繪制問題,以高效的繪制性能為目標,在提高采樣效率方面沿著下述思路開展了研究工作：一個思路是通過提高采樣的利用效率來提升繪制效率。在這個方向上,本文提出了兩種基于光子映射的真實感繪制方法。第一種方法是針對全局光照明繪制,用輻射照度回歸的方式提高最終收集中采樣的利用效率。非參數(shù)的回歸模型將光子映射和最終收集兩種方法的優(yōu)勢相結(jié)合,并用光子映射的輻射照度預測最終收集的輻射照度,從而以接近光子映射的繪制代價得到接近最終收集的繪制質(zhì)量。為解決預測失敗的情況,本文提出了一種快速的異常樣本剔除策略,并用最終收集算法計算這些異常樣本的顏色。在相似的視覺效果下,本文算法相比最終收集算法獲得了大約3倍的性能提升。在第二種方法中,針對非勻質(zhì)半透明材質(zhì)的高效繪制,通過在概率上調(diào)整光子采樣的空間分布從而提高其利用效率。該方法基于體積光子映射算法,通過概率調(diào)整光子分布的方式有效地增加視域內(nèi)的光子數(shù),從而改進半透明材質(zhì)繪制質(zhì)量。針對概率調(diào)整引起的光子能量的不均衡問題,本文通過在距離上和方向上對光子進行切分,將高能量的光子細分成若干低能量的光子。在相同的繪制時間內(nèi),本文算法的繪制結(jié)果好于體積路徑跟蹤和體積光子映射的結(jié)果。另一個思路是提高單個采樣的計算效率,本文將新的并行計算模式與GPU上的大規(guī)模并行計算相結(jié)合從而提升繪制效率。在這個方向上,本文提出了一種高效的具有可擴展性的可編程運動特效繪制算法。運動特效通過各種運動描繪風格有效地呈現(xiàn)物體運動信息,是真實感繪制中運動模糊的擴展。本文提出了一種GPU上的可編程運動特效并行繪制系統(tǒng),采用時間和圖像空間上的三維并行計算方式,大幅提高了線程間數(shù)據(jù)重用率,解決了GPU上可編程運動特效繪制時面臨的并行度和顯存容量的矛盾。為了解決軌跡線段之間的可見性沖突,本文還提出了一種基于區(qū)間切分的可見性算法�？紤]到用戶設計可編程運動特效的便利性,采用預計算像素上軌跡線段的方式,以進一步減少運動特效繪制的時間。
[Abstract]:Realistic rendering is one of the most important research fields in computer graphics. It accurately simulates the process of light energy transmission in virtual scene to present the virtual world with realistic sense, and is widely used in manufacturing, design and entertainment industries. At present, the main methods of realistic rendering are based on the numerical solution of integral equation, that is, random sampling is generated in the space of optical path and the approximate solution of integral equation is obtained by sampling weighted summation. Due to the high dimension and complexity of optical path space, these methods require huge computational complexity. Aiming at the problem of realistic rendering in complex scenes, this paper aims at efficient rendering performance. In the aspect of improving sampling efficiency, the following research work has been carried out: one idea is to improve the efficiency of rendering by improving the efficiency of sampling. In this direction, we propose two realistic rendering methods based on photon mapping. The first method is to improve the efficiency of sampling in the final collection by using the method of radiance regression for global illumination rendering. The non-parametric regression model combines the advantages of photon mapping and final collection, and uses the radiance of photon mapping to predict the final collected illuminance. Thus the rendering quality of the final collection can be obtained at the cost of close to photon mapping. In order to solve the problem of prediction failure, this paper proposes a fast exception sample elimination strategy, and calculates the color of these abnormal samples by the final collection algorithm. Under similar visual effects, the performance of the proposed algorithm is about three times higher than that of the final collection algorithm. In the second method, aiming at the efficient rendering of non-homogeneous translucent materials, the spatial distribution of photon sampling is adjusted in probability to improve its utilization efficiency. Based on the volume photon mapping algorithm, this method can effectively increase the number of photons in the field of view by adjusting the distribution of photons in probability, thus improving the rendering quality of translucent materials. In order to solve the problem of photon energy imbalance caused by probability adjustment, the high energy photons are subdivided into some low energy photons by dividing them in distance and direction. In the same rendering time, the proposed algorithm is better than the volume path tracking and volume photon mapping results. Another idea is to improve the computational efficiency of a single sample. This paper combines the new parallel computing model with the large-scale parallel computing on GPU to improve the rendering efficiency. In this direction, this paper proposes an efficient and scalable programmable motion rendering algorithm. Motion effects represent object motion information effectively through various motion depiction styles, which is an extension of motion blur in realistic rendering. In this paper, a programmable motion special effect parallel rendering system on GPU is proposed. The method of 3D parallel computing in time and image space is used to greatly improve the data reuse rate between threads. The contradiction between parallelism and memory capacity in programmable motion effect rendering on GPU is solved. In order to solve the visibility conflict between trajectory segments, a visibility algorithm based on interval segmentation is proposed. Considering the convenience of the user in designing programmable motion effects, the trajectory segment on the pixel is predicted to further reduce the time of motion special effect drawing.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41

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本文編號：2087602