探究基于路径追踪的能量重新分配全局光照算法研究

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1、天津大学硕士学位论文基于路径追踪的能量重新分配全局光照算法研究姓名：刘志起申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：徐庆20070601中文摘要通过结合MonteCarlo路径追踪方法和MLT中的路径变换策略可以得到一种新的全局光照算法：能量重新分配算法。它主要用来解决相关积分问题。这种算法通过对初始光线路径所带的能量在图像平面上重新分配来工作。能量重新分配算法的核心就是选择一个能量流动滤波器来重新分配这些初始MC采样点的能量。本文的主要研究内容是能量重新分配抽样方法中能量流动滤波器的设计，在路

2、径追踪的基础上实现能量重新分配光线追踪器，以及把能量重新分配光线追踪器应用到动画中。文中首先介绍了MonteCarlo方法，然后从理论上说明了能量重新分配采样方法。接着，提出了两种新的能量流动滤波器：相同沉积能量流动滤波器和能量相关的相同沉积能量流动滤波器。最后将能量重新分配采样方法和路径追踪结合得到了能量重新分配路径追踪算法。首先使用路径追踪方法在每个像素内选定多个种子路径，然后以每个种子路径为起点使用定义的路径变换策略不断的转移现有路径生成新的路径，然后根据计算的接收概率决定接收新路径或接收旧路径

3、，从而把初始种子所带的能量的一部分分给它们。随着这个过程的不断进行，能量分布会逐渐趋近于和结果图像相同的稳态分布。文中介绍了三种路径变换策略和对现有渲染系统进行改进，实现能量重新分配路径追踪渲染器的细节。最后详细介绍了能量重新分配光线追踪在动画中的应用，首先介绍了对渲染系统的改造，然后对场景中的路径进行了分类，并介绍了对不同类型路径运用的复用策略：首先，检查种子路径能否复用，如果能复用则保存相同的种子路径；否则重新采样得到种子路径。然后，每得到一条新路径，检查它能否复用，如果能复用通过计算接收概率来决

4、定接收新路径或接收旧路径，否则用保存的路径经过路径变换得到一条新路径，通过计算接收概率来决定接收新路径或接收旧路径。最后给出了有物体运动的动画和视点变化的动画。关键词：能量重新分配Metropolis路径追踪滤波器动画ABSTRACTAnewglobalilluminationalgorithmcanbegotbycombiningMonteCarlopathtracingwithMetropolisLightTransportmutationstrategies：EnergyRedistributi

5、onAlgorithm．It’Susedtosolvecorrelatedintegralproblems．Thealgorithmworksbyredistributingtheenergyofinitialpathtracedsamplesovertheimageplane．TheheartofERalgorithmliesinchoosingaflowfiltertoredistributetheenergyoftheinitialMCsamples．Themaincontentofthisth

6、esisistodesigntheenergyflowfilterinenergyredistributionsamplingmethod，torealizetheenergyredistributionlighttracerbasedonpathtracingandtoapplyitinthefieldofanimation．Atfirst，theMonteCarlomethodisintroduced．Andthen，thebasicenergyredistributionsamplingmeth

7、odisintroduced．Later，twoenergyflowfiltersnamedequaldepositionflowfilterandenergydependentequaldepositionflowfilterareproposed．Atlast,theenergyredistributionpathtracingalgorithmisgotbycombiningenergyredistributionsamplingandpathtracing．Firstsomeseedpaths

8、aregeneratedateachpixelusepathtracing，andfromeachseedpath，asequenceofpathsaregeneratedbymutatingthecurrentpathusingthemutationstrategies．Eachmutationisacceptedorrejectedwithcalculatedacceptanceprobability,andgivensomeenergyofthei