次表面散射是真实感渲染中不可或缺的一部分,它能够使半透明物体的渲染结果兼具柔和感与饱满感,在较薄的地方还能呈现出剔透感。次表面散射的实质就是光线从入射点进入物体内部再散射开来的现象,从狭义上来讲,如果散射光线的出射点与入射点不在物体同侧的话,被称为透射现象,反之,则是狭义上的次表面散射。在实时渲染领域,半透明物体的透射与狭义上的次表面散射关系非常密切:透射渲染的透射衰减函数是根据狭义的次表面散射的扩散衰减函数演变而来,并且出射的透射光也需要应用次表面散射算法进行扩散衰减。透射渲染与狭义上的次表面散射渲染最大的区别就是需要先求解出透射厚度。本文以半透明物体渲染中的透射厚度计算为研究对象,结合片元排序技术并且加以改进,有效地减少了光线相切和模型不规整问题带来的透射厚度计算误差,也能够在多光源场景显著减少显存的消耗,最后当场景比较复杂时,还能够改善效率。本文算法的核心思想是,在场景中设立一个虚拟光源,在该光源空间排序并且保存场景深度信息。在场景中的其它真实光源处进行透射厚度计算时,都不再进行片元排序和保存这个步骤,而是对真实光源与待着色点的连线进行采样,计算出采样点在物体内部的比例乘以整条连线的长度来估算出透射厚度。采样不会带来任何的显存开销,但会带来一定的效率开销,实验证明,当场景比较复杂时,采样的效率开销会比排序开销更小。同时,多个采样点也能够增大厚度计算的容错率,即使光线与物体相切,也能得到比较好的效果。本文的主要工作有以下几点:·设计并且实现了最佳虚拟光源的选取方案:场景中所有真实光源的透射厚度计算都会复用到虚拟光源处的深度信息,必须保证在虚拟光源处能够得到场景完整的最精确的深度信息。除此之外,还必须保证虚拟光源所受到光线相切和模型不规整带来的影响最小。因此,本文通过场景包围盒并考虑上述因素得到最佳虚拟光源选取方案。·设计并且实现了真实光源透射厚度估计算法:为了避免在真实光源处的显存开销与排序片元的效率开销,本文不再在真实光源处进行场景片元深度信息的排序和保存,而是通过采样每一条光线并且确定光线位于物体内部的比例来估计厚度。对于采样点是否处于物体内部的判断原理来自于计算几何中的射线法,加以虚拟光源处生成的深度信息辅助确定。·优化采样进一步提高效率:在多光源的复杂场景中,本文算法能够在效率上取得一定优势,但是在光源较少的场景会因为多次采样带来效率上的劣势。本文通过自适应的调整采样步长,降低深度信息分辨率,在真实光源处添加额外场景信息进行辅助采样等三个策略提高了算法的效率。基于上述内容,并且结合实验结果表明:本文算法结合片元排序技术并加以改进,对比业界常用的深度图算法,在效果上能够取得巨大的进步。本文算法与仅仅结合片元排序技术的算法相比,针对单光源简单场景,在效果上有一定的优势;针对多光源复杂场景,本文算法在效果、效率、与显存消耗三个方面都有一定的优势。