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高质量全局光照的GPU研究与实现

作　者: 米楠
导　师: 周昆；侯启明
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 全局光照明高质量 GPGPU 虚拟光源光子映射球面谐波
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
引　用: 0次
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内容摘要

全局光照明一直以来都是计算机图形学研究的热点。随着电影、动画、游戏、虚拟现实、三维漫游等领域的应用不断深入与普及,人们对计算机生成的图像的真实感要求越来越高。全局光照明是现代电影和计算机动画中表现真实感不可或缺的部分。传统的全局光照明算法非常复杂,高质量的全局光照明渲染通常非常耗时。随着现代GPU的计算能力不断增强和GPU并行计算的日益成熟,利用现代GPU架构进行并行计算加速图形学中的算法是目前的研究趋势。本文研究了两大类常用的高质量全局光照明算法,基于立即辐射度的算法和基于光子映射的算法,并针对现代GPU并行计算架构对这两类算法进行了改进。本文实现了虚拟点光源(Virtual Point Light)的GPU截枝算法,根据着色点自适应地通过并行截枝确定一组虚拟光源簇来模拟全部虚拟光源的贡献,并结合球面谐波表达来加速全局光照明的计算。在同等高质量下,使用本算法比CPU算法有10～20倍的速度提升。另外本文还使用GPU实现并优化了光子映射算法。本文的工作已集成到RenderAnts GPU渲染引擎作为全局光照明解决方案的组成部分,验证了算法的实用性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
图目录  8-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 本文的研究目的和主要工作  11-13
  1.3 本章小结  13-14
第2章光能传输方程与GPU并行计算  14-22
  2.1 光能传输方程的定义与求解  14-16
  2.2 经典CPU全局光照算法  16-18
  2.3 CUDA GPU并行架构与SPAP语言  18-20
  2.4 本章小结  20-22
第3章 GPU虚拟光源截枝算法  22-45
  3.1 球面谐波函数(Spherical Harmonic Function)  23-26
  3.2 立即辐射度与截枝算法思想  26-29
  3.3 GPU并行建立虚拟光源树  29-34
  3.4 GPU并行切割  34-39
  3.5 实现细节  39-42
  3.6 实验结果与比较  42-44
  3.7 本章小结  44-45
第4章 GPU光子映射算法  45-52
  4.1 GPU光子图的建立  45-47
  4.2 GPU最终采集算法  47-50
  4.3 实现细节  50-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章算法在RenderAnts系统中的集成  52-58
  5.1 RenderAnts系统介绍  52
  5.2 算法与RenderAnts系统集成  52-55
  5.3 渲染结果  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章总结与展望  58-59
  6.1 总结  58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59
致谢  59-64
作者简介  64-65
攻读硕士学位期间主要的研究成果  65-66

高质量全局光照的GPU研究与实现

内容摘要

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