多重散射的天空光照效果建模与实时绘制-论文.pdf

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1、2014年4月图学学报April2014第35卷第2期JOURNALOFGRAPHICSV01．35No．2多重散射的天空光照效果建模与实时绘制艾祖亮，张立民，于文龙(海军航空工程学院，山东烟台264001)摘要：依据大气散射的物理原理，提出了一种考虑多重散射的天空光照效果建模与实时绘制方法。该方法首先以太阳和天空光作为光源建立了多重散射的天空光照效果模型，然后综合多种大气粒子密度，采用合理的分段采样策略，对天空颜色模型的积分进行简化，以减少积分近似计算所带来的误差：通过对简化后的模型进行分析提出了采用二维纹理与三维纹理对光学深度

2、预计算的方法，避免了运行时计算光学深度积分的问题；最后该算法在GPU的片段处理器上执行。实现了天空光照效果模型的实时绘制，可以满足各种实时应用需求。关键词：多重散射；天空光照；光学深度；预计算：实时绘制中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：2095—302X(2014)02—0181—07ModelingandReal—timeRenderingofSkyIlluminationEffectsTakingAccountofMultipleScatteringAiZuliang，ZhangLimin，YuWenlong(

3、NavalAeronauticalEngineeringInstitute，YantaiShandong264001，China)Abstract：Thispaperpresentsamethodofmodelingandreal—timerenderingoftheskyilluminationeffectstakingaccountofmultiplescatteringwithatmosphericscatteringbasedonphy’sicalmodels．Firstly,withthesunandtheskyasli

4、ghtsources，themodeloftheskyilluminationeffectstakingaccountofmultiplescatteringisbuilt．Thenareasonablesegmentedonavarietyofatmosphericparticledensitiesisadoptedtosamplingstrategybasedsimplifytheintegraloftheskycolormodeltoreducetheintegralapproximationcalculationerror

5、．Byanalyzingthesimplifiedmodel，thepre—computed2Dtextureand3Dtextureforopticaldepthareproposedtoavoidarill]一timecalculationofopticaldepth．Finally,thealgorithmisexecutedonthefragmentprocessorofGPUSOthattheskyilluminationeffectstakingaccountofmultiplescatteringarerendere

6、dwithhighflamerateforreal—timeapplications．Keywords：multiplescattering；skyillumination；opticaldepth；pre．-compute；real-·timerendering太阳光在大气中的多重散射对于天空光照空体本身作为天空光光源的影响，并不适合模拟效果的逼真模拟具有重要的意义。大多数大气散黎明或黄昏时的天空光照效果，这主要是因为此射模型[1。51在模拟天空光照效果时只考虑单散射，时太阳位于水平线下方，仅仅离太阳方位近的区而不考虑多重散射光

7、。由于单散射模型忽略了天域才能够收到直接的人阳光，而人气层其他区域收稿日期：2013-04—03；定稿日期：2013-06—28作者简介：艾祖亮(1980-)，男，湖北随州人，博士研宄生。主要研究向为自然现象模拟、实时绘制技术。E-mail：aizuliang@livecn182图形学与可视化2014正只能收到非直接的多重散射的天空光。如图1所示。因此，许多学者提出了多重散射模拟方法，Preetham等【6】通过一个分析模型去拟合多散射蒙特卡罗(Monte．Carlo)仿真的结果，但是他们的模型要求视点必须在地面上才有效；Nish

8、ita掣刀和Haber等惮J用体积辐射度方法计算多重散射，＼但是他们的方法很难达到实时性；Bruneton和Neyret[91提出了一个实时大气散射绘制方法，并考虑了多重散射，该方法显著提高了多重散射模型绘制速度，但在实时性上距离工程实际应用仍图1