基于HDR的延遲光照技術

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

光照模型及其繪制方程
在三維復雜場景中，表現圖形真實感的繪制技術主要涉及幾何場景、物體材質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換。文獻[1]將此繪制方程表示為：
(,)(,)[(,)(,,)(,)d]sIxxgxxxxxxxIxxxερ′′′′′′′′′=+∫ (1)
式中 x、x′和x"是環境中的點；I(x,x′)是從x′到x的亮度；g(x,x′)是幾何形狀項指由x'發射到x的光的亮度，當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"反射并經由x′發射到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，包括了它自身發射的和它所反射的從其他表面來的光，這些自身發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。