基于HDR的延遲光照技術(shù)

在研究光照模型的基礎(chǔ)上，重點分析了延遲光照技術(shù)和高動態(tài)范圍(HDR)技術(shù)，并研究了基于高動態(tài)范圍技術(shù)的延遲光照技術(shù)，在延遲光照的后處理階段引入高動態(tài)范圍技術(shù)，發(fā)揮兩者的優(yōu)點，基于GPU實現(xiàn)了加速繪制。實驗證明，使用基于高動態(tài)范圍技術(shù)的延遲光照技術(shù)，表現(xiàn)的場景更加真實，細節(jié)表現(xiàn)更加豐富。在延遲光照中，使用高動態(tài)范圍技術(shù)，雖然降低了繪制速度，但仍然達到了25FP/s。
關(guān) 鍵 詞 延遲光照; 高動態(tài)范圍; 色調(diào)映射;

光照模型及其繪制方程
在三維復(fù)雜場景中，表現(xiàn)圖形真實感的繪制技術(shù)主要涉及幾何場景、物體材質(zhì)和光照模型三個方面。光照模型描述的是光源與被繪制模型表面的顏色的關(guān)系，可以分為局部光照模型和全局光照模型。
文獻[1]提出了繪制方程(Rendering Equation)，該繪制方程根據(jù)光從一點照射到另一點的亮度，以及從其他所有照射到第一點并被反射到第二點的光亮度，表示光從一點到另一點的轉(zhuǎn)換。文獻[1]將此繪制方程表示為：
(,)(,)[(,)(,,)(,)d]sIxxgxxxxxxxIxxxερ′′′′′′′′′=+∫ (1)
式中 x、x′和x"是環(huán)境中的點；I(x,x′)是從x′到x的亮度；g(x,x′)是幾何形狀項指由x'發(fā)射到x的光的亮度，當(dāng)x與x'相互不可見時為0，可見時為1/r2( r是x與x'之
間的距離)。方程對所有面S上的所有點進行積分，ρ(x, x', x")是從x"反射并經(jīng)由x′發(fā)射到x的光的亮度(包括鏡面反射和漫反射)。繪制方程表明從x'到達x的光，包括了它自身發(fā)射的和它所反射的從其他表面來的光，這些自身發(fā)光遞歸地反射從其他表面來的光。光照模型的基本思想就是將所有可能路徑加起來得到給定方向的輻射率，如果希望得到更高級的真實感，那么可以增加更多的路徑來計算。全局光照的研究重點在于，如何有效地計算出各種不同光線路徑的效果。有輻射度算法和光線跟蹤算法兩種基本的算法：(1) 輻射度算法[2-3]是基于熱能工程模型對熱輻射的發(fā)散和反射進行描繪，為物體間的多重反射提供更加精確的處理方法，避免了直接處理漫反射光線；(2) 光線跟蹤算法[4-5]使用光線判斷各種元素的可見性。