基于諧波圖片的重光照技術(shù)研究.pdf

1、基于圖像的渲染技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要分支，是圖像與信號(hào)處理、虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)深入交叉互動(dòng)的技術(shù)成果。該技術(shù)將真實(shí)或近似于真實(shí)的物體與環(huán)境重現(xiàn)于虛擬環(huán)境中，對(duì)于提升用戶的真實(shí)感與沉浸感有著極其重要的作用。而基于圖像的重光照技術(shù)是其中一個(gè)重要方向，也是近年來圖形技術(shù)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。該技術(shù)通過對(duì)現(xiàn)實(shí)物體與環(huán)境的采集，經(jīng)過重新合成渲染成重光照結(jié)果，從而逼真的體現(xiàn)出環(huán)境對(duì)目標(biāo)物體的光照影響。本文主要著眼于基于圖像的重光照技術(shù)，該技術(shù)是實(shí)

2、現(xiàn)重光照的一個(gè)重要而且現(xiàn)實(shí)的方法。重光照技術(shù)主要經(jīng)過采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及合成運(yùn)算三個(gè)步驟，根據(jù)采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的方法的不同有不同的研究的方向。最主要的兩大類方法是依采集數(shù)據(jù)的目的劃分：基于模型的重光照技術(shù)對(duì)物體進(jìn)行模型重建，并逆向還原出物體反射屬性，但受限于模型重建技術(shù)的精度和成本，在物體表面幾何結(jié)果和光照條件復(fù)雜的情況下很難進(jìn)行；基于圖像的重光照技術(shù)對(duì)物體在定制的光照條件下進(jìn)行采集，利用基函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，但采集過程過長(zhǎng)限制了重光照技

3、術(shù)的發(fā)展。本文將熱點(diǎn)技術(shù)球面諧波理論與重光照技術(shù)相結(jié)合，利用球面諧波理論對(duì)球面上函數(shù)有效的離散表示，減少重光照需采集的基圖片的數(shù)量和時(shí)間，降低重光照運(yùn)算過程的時(shí)間和空間用量，彌補(bǔ)傳統(tǒng)重光照技術(shù)對(duì)真實(shí)物體反射信息采集量巨大，由此帶來的采集慢渲染慢的缺點(diǎn)。本文主要討論并完成了以下幾方面工作：首先對(duì)于基于圖像的重光照技術(shù)的相關(guān)研究與發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和闡述，介紹了該技術(shù)的意義、定義以及分類。之后簡(jiǎn)述了球面諧波理論的原理和意義，及其在重光照技術(shù)中的

4、表示和應(yīng)用方法。對(duì)球面諧波作為基函數(shù)對(duì)采集基圖片方法的改變和對(duì)光照和反射的球面諧波表示進(jìn)行了探討和實(shí)踐，利用其有效的表示方法和運(yùn)算精度的優(yōu)點(diǎn)獲得重光照結(jié)果。對(duì)重光照過程算法、流程以及存儲(chǔ)空間等方面進(jìn)行了細(xì)節(jié)與過程上的優(yōu)化，并分析和利用GPU的并行計(jì)算能力對(duì)重光照運(yùn)算進(jìn)行了加速，獲得了效率上的顯著提高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在本文提出的重光照過程和優(yōu)化加速方法下能夠快速地采集基圖片和進(jìn)行重光照計(jì)算，在同一套諧波圖片的基礎(chǔ)上可以實(shí)時(shí)地獲得變換光源的