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均匀参与介质的渲染方法研究

Survey of rendering methods for homogeneous participating media

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参与介质在现实世界中广泛存在,光线在参与介质中的传播过程比在表面上的传播过程更加复杂,比如在高度散射参与介质中会发生成千上万次反射、在低散射参与介质中由于表面聚集出现体焦散效果,从而使得光线的模拟过程非常耗时.目前常用的方法包括点、光束和路径统一模型法(unifying points,beams and paths,UPBP)以及流型探索梅特罗波利斯光线传递方法(manifold exploration Metropolis light transport,MEMLT)等,这些方法在一定程度上改进了原有方法,但是在一些特殊情况下仍然需要很长时间才能收敛.本文介绍几种针对均匀参与介质的高效渲染方法.1)基于点的参与介质渲染方法,主要通过在参与介质内分布一些点来分别加速单次、二次和多次散射的计算,在GPU(graphics processing unit)实现的基础上,最终达到可交互的效率,并且支持对任意的均匀参与介质的编辑.2)基于多次反射的预计算模型,预计算出无限参与介质中的多次散射分布,通过分析光照分布的对称性,将该分布的维度从4维减低为3维,并且将该分布应用到多种蒙特卡洛渲染方法中,比如MEMLT、UPBP等,从而提高效率.3)参与介质中的路径指导方法,通过学习光线在参与介质中的分布,该分布用SD-tree(spatial-directional tree)来表示,与相位函数进行重采样来产生出射方向.以上3种方法分别从不同角度加快了参与介质的渲染效率.

王贝贝、樊家辉

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南京理工大学计算机科学与工程学院,南京 210094

参与介质 渲染 蒙特卡罗方法 路径指导 基于点的渲染方法 多次散射 综述 进展

国家自然科学基金青年项目中国博士后科学基金

618021872020M671500

2021

中国图象图形学报
中国科学院遥感应用研究所,中国图象图形学学会 ,北京应用物理与计算数学研究所

中国图象图形学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.111
ISSN：1006-8961
年,卷(期)：2021.26(5)
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