基于GPU加速的真实感渲染系统研究与实现

【摘要】： 真实感渲染是计算机图形学、计算机视觉和虚拟现实等领域的研究热点。在娱乐、可视化仿真和教育等诸多领域有着广泛的应用。真实感渲染算法的研究成果也推动了渲染系统的发展。本文通过对渲染算法的研究与改进,完成了一套完整的渲染系统。该系统充分利用了新一代GPU渲染管线,相对于传统的渲染系统,在渲染的真实性和高效性方面做了较大改进。 在渲染算法研究方面,本文提出了基于自适应采样的环境遮挡算法,该算法重点解决了传统环境遮挡算法中的盲目采样问题,利用插值采样光线的方式计算物体的遮挡率,并将插值采样光线的生成巧妙地转化为模型细分问题,很大程度上减少了算法的计算量。实验表明,该方法能够使环境遮挡算法的效率得到很大的提升。 在渲染系统的实现方面,本文介绍了渲染系统的架构以及一些核心模块。系统架构针对新一代GPU的特性做了较大调整,利用几何体实例化减少了渲染批次的调用。底层数学运算和资源管理的优化,KD-Tree在场景管理中的应用提高了系统的渲染效率。环境遮挡贴图的利用,摄像机的景深特效,延迟渲染对多动态光源的支持,增强了渲染系统的真实感。 本文的最后,设定了多个具有代表性的场景,对渲染系统的渲染效果和性能做了较为全面的评估。