動態(tài)全局照明技術(shù)（dynamic global illumination）是圖形學以及游戲行業(yè)中的一個重要研究領(lǐng)域。在電影或者游戲的三維場景中采用全局照明來模擬現(xiàn)實世界中的直接光照和間接光照,從而提高畫面的渲染質(zhì)量。但是精確的全局照明技術(shù)往往需要模擬大量的光線傳播,相當耗費資源,一般適合于離線渲染。動態(tài)全局照明是實現(xiàn)渲染質(zhì)量與渲染效率相互平衡,并且能夠在實時幀率下近似模擬全局光照的一種重要的實時渲染技術(shù)。對于實時應用領(lǐng)域有著重要的研究價值。從實時性的角度,動態(tài)全局光照技術(shù)主要分為兩種:純實時全局光照渲染技術(shù)。例如voxel cone tracing全局照明算法。和預處理與實時渲染相結(jié)合的全局光照渲染技術(shù)。例如image based lighting全局照明算法和light probe based全局照明算法。本課題設(shè)計并搭建了一個基于OpenGL的動態(tài)全局光照的三維渲染引擎:Black Pearl渲染引擎。在Black Pearl渲染引擎上設(shè)計和實現(xiàn)了三種動態(tài)全局光照算法,分別是:體素錐追蹤照明（voxel cone tracing GI）、基于圖像的照明（image based li... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
縮略語對照表
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究狀況
        1.2.1 基于烘焙貼圖的動態(tài)全局光照
        1.2.2 基于光照探針的全局光照
        1.2.3 基于體素的全局光照
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 渲染引擎設(shè)計
    2.1 渲染引擎架構(gòu)設(shè)計
    2.2 光柵化渲染管線
        2.2.1 渲染管線
        2.2.2 Shader
    2.3 坐標變換與相機系統(tǒng)
    2.4 Phong lighting
    2.5 多種全局光源模擬
    2.6 Renderer設(shè)計
    2.7 ECS系統(tǒng)設(shè)計
        2.7.1 Object管理
        2.7.2 Component組件
        2.7.3 Render System和UI System
    2.8 Animation
    2.9 本章小結(jié)
第3章 基于shadow map的動態(tài)陰影設(shè)計與實現(xiàn)
    3.1 Shadow map based GI
        3.1.1 shadow map原理
        3.1.2 shadow map實現(xiàn)
        3.1.3 shadow map渲染管線設(shè)計
    3.2 Direction Light shadow map實現(xiàn)
    3.3 Omnidirectional shadow map實現(xiàn)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 Voxel cone tracing GI算法設(shè)計與實現(xiàn)
    4.1 Voxel cone tracing GI原理
        4.1.1 Voxel cone tracing GI渲染管線設(shè)計
    4.2 Voxel cone tracing GI實現(xiàn)
        4.2.1 體素范圍優(yōu)化
        4.2.2 體素化
        4.2.3 mipmap結(jié)構(gòu)
        4.2.4 漫反射光錐追蹤
        4.2.5 鏡面反射光錐追蹤
        4.2.6 陰影錐追蹤
        4.2.7 體素可視化
        4.2.8 間接鏡面反射光照濾波優(yōu)化
        4.2.9 體素化閃爍現(xiàn)象優(yōu)化
    4.3 Voxel cone tracing GI實驗結(jié)果與分析
        4.3.1 實驗環(huán)境與場景配置
        4.3.2 實驗結(jié)果
        4.3.3 實驗結(jié)果分析
    4.4 voxel cone tracing GI渲染管線創(chuàng)新點分析
        4.4.1 與SVO cone tracing算法的對比實驗
    4.5 本章小結(jié)
第5章 Image based lighting GI算法設(shè)計與實現(xiàn)
    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渲染管線設(shè)計
    5.4 Image based lighting GI實驗結(jié)果與分析
        5.4.1 實驗環(huán)境與場景設(shè)置
        5.4.2 實驗結(jié)果
        5.4.3 實驗結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 Light probe based GI算法設(shè)計與實現(xiàn)
    6.1 Light probe based GI原理
    6.2 Light probe based GI渲染管線設(shè)計
    6.3 Light probe結(jié)構(gòu)設(shè)計
    6.4 Light probe的球諧函數(shù)表示
    6.5 diffuse irradiance cubemap與球諧系數(shù)對比
        6.5.1 預處理時間對比
        6.5.2 間接漫反射光照的還原時間對比
        6.5.3 存儲空間對比
    6.6 Light probe放置與插值
        6.6.1 分區(qū)管理與緩存優(yōu)化Light probe排序
    6.7 動態(tài)陰影處理
    6.8 延遲渲染原理
        6.8.1 G buffer
        6.8.2 延遲渲染管線
    6.9 reflection light probe更新
    6.10 動態(tài)環(huán)境光照處理
    6.11 Light probe based GI實驗結(jié)果與分析
        6.11.1 實驗環(huán)境與場景設(shè)置
        6.11.2 實驗結(jié)果
        6.11.3 實驗結(jié)果分析
    6.12 light probe based GI渲染管線創(chuàng)新點分析
    6.13 本章小結(jié)
第7章 動態(tài)全局照明算法比較
    7.1 光照信息存儲結(jié)構(gòu)對比
    7.2 適用場景對比
    7.3 算法實時性對比
        7.3.1 變化的環(huán)境光照
        7.3.2 變化的直接光照
        7.3.3 場景中移動的物體
        7.3.4 場景的突然變化
        7.3.5 實時陰影
    7.4 渲染質(zhì)量對比
    7.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果
致謝



本文編號：3182829