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眩光效果是自然场景中一种重要的物理现象,分为星芒与发散两种不同的效果,它可以增强场景的艺术性与真实感。眩光效果的计算机模拟绘制在游戏动画、虚拟仿真和影视制作等领域有着广泛的应用,是计算机图形学领域的重要研究内容之一。
针对现有眩光效果绘制算法的真实感和速度问题,基于波动光学理论,兼颐实际眩光的视觉效果,本文提出一种基于GPU的真实感眩光效果绘制算法。首先根据成像对象的不同,生成不同的衍射光栅;当相机镜头成像时,利用光圈和镜头生成带有随机镜头噪声的二维衍射光栅图像;当人眼成像时,通过瞳孔大小动态方程构建人眼衍射光栅图像。其次,分别考虑夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射两种不同的衍射效果,利用预存算法系数的傅里叶变换模拟衍射效果的光学过程,并通过建立衍射效果的光谱模型实现真实感绘制。再次,利用两个独立的一维高斯卷积核加速实现镜头内散射效果,并根据场景特点选择性添加镜头外大气单散射效果;最后,通过随机小角度旋转和混合操作进行真实感增强与色调映射。
论文还将上述真实感眩光效果绘制算法与实时光线跟踪渲染框架相结合,实现在实时的三维场景中加入动态眩光效果。论文算法的主要步骤基于CUDA计算框架实现,充分利用GPU强大的并行计算能力并兼顾考虑存储器优化策略。实验结果表明,本文算法绘制结果具有较强的真实感与实时性。