基于HDR的延迟光照技术

在研究光照模型的基础上，重点分析了延迟光照技术和高动态范围(HDR)技术，并研究了基于高动态范围技术的延迟光照技术，在延迟光照的后处理阶段引入高动态范围技术，发挥两者的优点，基于GPU实现了加速绘制。实验证明，使用基于高动态范围技术的延迟光照技术，表现的场景更加真实，细节表现更加丰富。在延迟光照中，使用高动态范围技术，虽然降低了绘制速度，但仍然达到了25FP/s。
关 键 词 延迟光照; 高动态范围; 色调映射;

光照模型及其绘制方程
在三维复杂场景中，表现图形真实感的绘制技术主要涉及几何场景、物体材质和光照模型三个方面。光照模型描述的是光源与被绘制模型表面的颜色的关系，可以分为局部光照模型和全局光照模型。
文献[1]提出了绘制方程(Rendering Equation)，该绘制方程根据光从一点照射到另一点的亮度，以及从其他所有照射到第一点并被反射到第二点的光亮度，表示光从一点到另一点的转换。文献[1]将此绘制方程表示为：
(,)(,)[(,)(,,)(,)d]sIxxgxxxxxxxIxxxερ′′′′′′′′′=+∫ (1)
式中 x、x′和x"是环境中的点；I(x,x′)是从x′到x的亮度；g(x,x′)是几何形状项指由x'发射到x的光的亮度，当x与x'相互不可见时为0，可见时为1/r2( r是x与x'之
间的距离)。方程对所有面S上的所有点进行积分，ρ(x, x', x")是从x"反射并经由x′发射到x的光的亮度(包括镜面反射和漫反射)。绘制方程表明从x'到达x的光，包括了它自身发射的和它所反射的从其他表面来的光，这些自身发光递归地反射从其他表面来的光。光照模型的基本思想就是将所有可能路径加起来得到给定方向的辐射率，如果希望得到更高级的真实感，那么可以增加更多的路径来计算。全局光照的研究重点在于，如何有效地计算出各种不同光线路径的效果。有辐射度算法和光线跟踪算法两种基本的算法：(1) 辐射度算法[2-3]是基于热能工程模型对热辐射的发散和反射进行描绘，为物体间的多重反射提供更加精确的处理方法，避免了直接处理漫反射光线；(2) 光线跟踪算法[4-5]使用光线判断各种元素的可见性。