【摘 要】
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使用计算机模拟自然场景,一直是计算机图形学领域的重点研究课题。雾作为一种常见的自然现象,是图形学研究的重点之一。因为雾不仅与人们的生产生活密切相关,也被广泛应用于影视、游戏等领域,提高场景的真实感。由于雾的形态多变、光学特性复杂,所以真实模拟逼真的体积雾变得十分困难。针对目前雾效模拟方法真实感差,体积光照效果缺失的问题,在雾密度函数进行改进的基础上,提出一种基于单次散射的体积雾实时绘制算法,真实高
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使用计算机模拟自然场景,一直是计算机图形学领域的重点研究课题。雾作为一种常见的自然现象,是图形学研究的重点之一。因为雾不仅与人们的生产生活密切相关,也被广泛应用于影视、游戏等领域,提高场景的真实感。由于雾的形态多变、光学特性复杂,所以真实模拟逼真的体积雾变得十分困难。针对目前雾效模拟方法真实感差,体积光照效果缺失的问题,在雾密度函数进行改进的基础上,提出一种基于单次散射的体积雾实时绘制算法,真实高效的模拟出多种体积雾效果。首先,以传统的雾密度函数为基础,针对目前雾密度模型灵活性差、难以模拟多种雾效的问题,提出一种基于物理的多因素雾密度模型,以提高模型的普适性,丰富模拟雾效的种类。同时,使用三维噪声增加雾的细节和体积感。为进一步增加真实性,引入随机风场,通过将三维噪声和随机风场相结合,实现随风移动的动态雾效果,同时还利用风速阈值实现了雾随风消散的效果。其次,针对目前雾渲染方法简单、难以实现体积光效果的问题,提出一种基于单次散射模型的体积雾渲染方法。该方法在对单次散射模型进行合理简化的基础上,结合比尔-郎伯定律、Schlick相位函数计算光线在雾中的Mie散射强度。在减少计算量的同时,得到了遵循物理规律的渲染模型,使得雾的光照效果更加真实。之后,对雾的渲染方程进行离散化处理,并利用光线步进算法进行求解。然后,使用光线步进渲染体积雾会消耗大量计算资源,导致效率低下。为提高渲染效率,提出了一种降采样与图像处理相结合的加速优化方法。首先根据不同光源的特点,求解出精确的光线步进长度,并通过抖动纹理增加采样起始位置的随机性,从而减少采样数量降低计算量。之后使用高斯双边模糊,减少抖动噪点。为降低画面锯齿感,引入了时间抗锯齿技术。同时还使用HDR及色调映射增加画面色彩效果。最后,基于Unity3D平台进行实验验证。结果表明,本文方法可实时绘制具有体积光效果的多种真实感体积雾。
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