复杂场景中实时全局光照模型研究的中期报告一、研究背景全局光照模型是计算机图形学中非常关键的一项技术，一直以来都是图形学领域内的重要研究方向。全局光照模型的目的是尽可能真实地模拟光在场景中的传播和反射，表现出合适的阴影、反射、折射、散射等光学特性，以使渲染结果更接近真实场景，从而让人的视觉效果更加真实。但是，由于复杂场景的实时渲染是计算机图形学中的一个重要挑战，一些现有的全局光照算法在复杂场景下会出现无法实时处理的问题，如光线跟踪、辐射度，还有传统的预计算方法也存在不适合实时渲染的情况，而现在是实时渲染亟需高效、精确的全局光照模型的时代，因此，研究一种适用于实时渲染的全局光照算法至关重要。二、研究目标本次研究旨在研究一种适用于复杂场景实时渲染的全局光照算法。本研究考虑到实时性的要求和复杂度的限制，旨在探索一种既能够保证实时性，又能够在高复杂度场景下保持足够的精度和视觉效果的全局光照模型。研究的主要内容包括以下几个方面：1.设计适用于实时渲染的全局光照算法2.探究高效的预计算和显式计算算法3.研究将算法应用于真实场景实时渲染的方法4.评价算法的性能，包括实时性、精确度和图像质量等方面。三、研究方法1.设计全局光照算法针对实时性的要求，选择以片元为基础的渲染架构，比如基于屏幕空间的方法。基于当前场景的深度和法线信息，采用不同的产生阴影、反射和折射的技术，如光子视锥追踪、立方体贴图、屏幕空间反射和透射等。同时，为了提高计算速度，在算法中使用了诸如空间分割技术、近似计算和加速结构等优化策略。2.预计算方法本研究中的预计算方法主要针对复杂场景。在这些情况下，预计算可以为算法提供各种有用的信息，如面片和纹理的光滑度、表面光的强度，同时可以大大减少被渲染的场景元素数量。预计算所需要的数据包括第一次遮挡、环境反射和阴影映射等，将这些数据存储到纹理或立方体贴图中，同时构建各种数据定义以便快速访问。流程大致如下：-构建场景模型-运行互动式的密度估计-预计算全局间接照明-将预计算好的数据打包存储到光栅化器中3.真实场景渲染本研究采用了Unity游戏引擎来实现整个渲染系统。-实现了场景建模和模型导入-实现了新的渲染架构-实现了预处理流程以及立方体贴图和纹理映射-对数据进行了优化以提高渲染速度4.算法评价评价算法的性能，包括实时性、精确度和图像质量等方面。测试的流程主要包括以下几个步骤：-随机生成的不同场景的预先预处理-对测试场景进行实时渲染-测试算法实现的时间和图像质量四、预期结果本研究期望设计出一种实时全局光照算法，该算法不仅能够在复杂场景下求解逼真的光照，同时也具有实时性。最终评估结果将表明算法的性能，包括性能、实时性和图像质量等方面。