基於張量表示的全動態場景全局光照實時計算方法

《基於張量表示的全動態場景全局光照實時計算方法》是依託浙江大學，由王銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於張量表示的全動態場景全局光照實時計算方法
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：王銳
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

全局光照計算通過模擬光能在全局範圍內物體間的傳輸以生成高真實感的圖像，其繪製方程由光源分布、視線勢函式與光能傳輸等多個高維函式的積分所描述，具有較高的計算複雜度。在光源可變、視點可動、物體幾何與表面材質變化的動態場景中，如何快速計算光源分布、光能傳輸的分布以得到視線空間上的出射光能一直以來都是極有挑戰性的問題。本項目針對全動態場景全局光照快速繪製的理論與方法開展研究。擬採用張量來刻畫全局的光能傳輸過程，研究光源、視線勢函式與光能傳輸等高維函式的張量表示形式、張量表示下高維函式在動態場景中的快速採樣簡化計算方法以及不同張量表示的高維函式間快速積分計算的方法，以簡化全局光照計算。此外，在加速計算的手段上，本項目計畫利用最新的圖形硬體發展，將基於眾核的並行計算套用於全局光照繪製計算中，研發並行繪製算法，以實現全動態場景全局光照實時繪製。

結題摘要

全局光照計算通過模擬光能在全局範圍內物體間的傳輸以生成高真實感的圖像，全局光照方法是計算機圖形學繪製中生成高真實感繪製內容的重要手段之一。全局光照繪製方程由光源分布、視線勢函式與光能傳輸等多個高維函式的積分所描述，具有較高的計算複雜度。近年來快速/實時的全局光照計算成為研究的熱點問題。本項目以張量表示為切入點，面向無預計算的動態場景的快速/實時的全局光照計算為目標，在全局光照繪製的架構方法、全局光照所涉及的快速採樣簡化與重構方法、面向全局光照積分的快速計算方法以及與全局光照計算相關的快速計算方法等方面開展了多項研究，取得了一系列研究進展，獲得了多項研究成果。在全局光照繪製的架構方法上，我們基於many-lights的全局光照繪製框架提出了新的雙向光路聚類策略與方法，並為基於外存的超大規模場景數據設計了新的調度與繪製策略；在全局光照所涉及的快速採樣簡化與重構方法上，我們提出了基於光線空間表示的快速可見性計算方法、面向裸眼三維顯示裝置的光場快速採樣與生成方法、基於形態學的反走樣方法等；在面向全局光照積分的快速計算上，我們提出了基於解析雙重積的全頻軟影計算方法、基於GPU的球面快速距離變換方法等；在與全局光照計算相關的快速計算方面，我們提出了面向人視覺感知的繪製增強算法、基於張量表示下數據相似性的計算、採樣、壓縮與重構方法、基於GPU的圖像快速合成方法等。在這些方法研究的成果之上，我們進一步研製了基於GPU眾核並行計算架構的全局光照繪製引擎，不僅支持較小數據規模場景的實時繪製，還支持支持基於外存的超大規模模型的全局光照繪製，在支持數據規模、繪製速度上都達到了世界領先水平。本項目總計發表（含錄用）論文7篇，還有2篇論文處於審稿周期中，申請專利3項，已獲授權2項。本項目研發的部分技術已被整合入“面向創意產業的虛擬現實關鍵技術與支撐平台”中，該平台獲教育部2011年科技進步一等獎。