參與介質(zhì)中的無偏光子聚集方法.pdf

1、基于物理光學(xué)模擬的真實(shí)感介質(zhì)渲染算法一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究領(lǐng)域的重要方向。其煙霧，雪景，天空等場景在工業(yè)級的電影特效中大大加強(qiáng)了觀影的真實(shí)感效果。其中涵蓋了物理光學(xué)，數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)概率論，幾何，計(jì)算機(jī)渲染技術(shù)等多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。如今介質(zhì)渲染領(lǐng)域有雙向路徑追蹤(Bidirectional Path Tracing，簡稱為BDPT)，光子映射(PhotonMapping)等一系列成熟的算法體系。其中的光子映射算法由于其高效的渲染速率而被廣泛使用，

2、然而其算法本身并不能保證無偏(Unbiased)，因此最近一種無偏光子聚集(UnbiasedPhoton Gathering，簡稱為UPG)方法被提出用來解決光子映射算法的有偏(Biased)項(xiàng)。但其無偏方法只適用于無參與介質(zhì)的場景中，而大多數(shù)光子映射算法的使用都是在有參與介質(zhì)的環(huán)境場景中。因此如何改進(jìn)無偏光子聚集方法使其能夠進(jìn)行介質(zhì)場景中的渲染，就是本篇論文所要解決的問題。
　　本文首先在開源的渲染引擎上實(shí)現(xiàn)了基于光子映射算法的

3、無偏光子聚集方法。其無偏光子聚集方法是將傳統(tǒng)的雙向路徑追蹤與光子映射算法對應(yīng)到頂點(diǎn)連并算法中，提高了雙向路徑追蹤中子路徑的重復(fù)利用率，加快了渲染速度。其無偏改進(jìn)的核心思想:計(jì)算公式中的兩項(xiàng)近似有偏估計(jì)項(xiàng)通過重寫與采樣估計(jì)的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榫_無偏項(xiàng)。為了使方法適用于介質(zhì)渲染，本文從子路徑采樣技術(shù)改進(jìn)、理論公式改造、無偏項(xiàng)估計(jì)的重要性采樣、介質(zhì)邊界情況討論四個(gè)方面來對原有的無偏光子聚集算法進(jìn)行改進(jìn)。并從理論上分析了參與介質(zhì)中的無偏光子聚集算法