真實感三維虛擬場景渲染關鍵技術及應用

目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 真實感圖形學概述 1
1.2 三維圖形學基礎 2
1.2.1 三維對象的表示 2
1.2.2 圖形變換與三維觀察 3
1.2.3 光源與材質 4
1.3 光照模型 6
1.3.1 Lambert光照模型 6
1.3.2 Phong光照模型 7
1.3.3 Blinn-Phong光照模型 8
1.3.4 透明光照模型 8
1.3.5 局部光照模型 9
1.4 光線傳輸?shù)哪M 9
1.4.1 渲染方程 9
1.4.2 本書使用的GLSL圖形流水線 12
第2章 陰影繪制技術 16
2.1 陰影繪制技術研究現(xiàn)狀 16
2.2 陰影繪制基本原理 19
2.2.1 陰影圖算法 20
2.2.2 陰影體算法 21
2.3 陰影圖走樣原因 22
2.4 相關的反走樣算法 23
2.4.1 自適應深度偏差算法 24
2.4.2 方差陰影圖算法 26
2.4.3 卷積陰影圖算法 27
2.4.4 幾何陰影圖算法 29
2.5 亞像素級硬陰影反走樣繪制 31
2.5.1 可重建幾何陰影圖算法的基本原理 31
2.5.2 基于深度外插的亞像素陰影圖算法 32
2.5.3 深度求導公式的優(yōu)化 33
2.5.4 三角形深度一致性檢測 36
2.5.5 實驗及分析 38
2.6 基于反走樣濾波的亞像素陰影圖算法 40
2.6.1 G緩存生成過程 41
2.6.2 反走樣濾波 42
2.6.3 形態(tài)估計 43
2.6.4 實驗及分析 44
2.7 基于幾何圖元覆蓋檢測的亞像素陰影圖算法 49
2.7.1 保守光柵化 49
2.7.2 基于紋素頂點的幾何圖元覆蓋檢測算法 54
2.7.3 基于紋素法向量的幾何圖元覆蓋檢測算法 59
2.7.4 基于紋素邊的幾何圖元覆蓋檢測算法 62
2.7.5 三種繪制算法對比分析 64
2.8 柔和陰影繪制技術 69
2.8.1 柔和陰影的生成 69
2.8.2 柔和陰影繪制的主要方法 71
2.8.3 基于二值可見性濾波的柔和陰影繪制算法 74
2.8.4 空間卷積計算 75
2.8.5 實驗及分析 76
2.9 本章小結 78
第3章 全局光照繪制技術 79
3.1 全局光照基本繪制算法 79
3.2 間接光照繪制 82
3.2.1 反射陰影圖的采樣改進 83
3.2.2 基于深度方差的采樣濾波 85
3.3 近似全局光照繪制 88
3.3.1 高分辨率間接光照計算 89
3.3.2 實驗及分析 91
3.4 光線跟蹤算法 93
3.4.1 空間加速結構 95
3.4.2 三維場景幾何對象劃分 96
3.4.3 SSG與DSG的組織及管理 98
3.4.4 實驗及分析 100
3.5 本章小結 101
第4章 自然景物建模方法及分析 103
4.1 水模擬的基本方法 103
4.2 分形噪聲繪制 103
4.2.1 Perlin噪聲的基本原理 103
4.2.2 網(wǎng)格優(yōu)化快速模擬技術 106
4.2.3 表面反射與折射 109
4.2.4 近似菲涅爾反射系數(shù)與水面顏色模擬 110
4.3 基于二次映射的快速水面模擬 111
4.3.1 反射映射圖 111
4.3.2 實驗及分析 113
4.4 基于光線跟蹤的水面繪制方法 117
4.4.1 簡化Navier-Stokes方程 117
4.4.2 實驗及分析 118
4.5 大規(guī)模虛擬地形繪制技術 122
4.5.1 地形可視性判斷 122
4.5.2 代理包圍盒策略與視界角計算 123
4.5.3 并行掃描改進算法 125
4.5.4 實驗及分析 129
4.6 本章小結 131
第5章 特效電影樣片制作中的虛實融合 133
5.1 基于彩色結構光的三維模型重構技術 133
5.1.1 系統(tǒng)耦合性校正 133
5.1.2 調制條紋圖像分析與處理 135
5.1.3 模型三維深度信息解算 138
5.1.4 三維模型重構實驗 139
5.2 基于多Kinect的實時三維重建 143
5.2.1 Kinect結構與應用 143
5.2.2 Kinect v1與Kinect v2性能參數(shù)比較 144
5.2.3 深度圖像與彩色圖像的配準 148
5.2.4 背景去除 150
5.2.5 點云濾波 152
5.3 虛實融合中的光照估計 154
5.3.1 真實場景環(huán)境光照方向測算 154
vi 真實感三維虛擬場景渲染關鍵技術及應用
5.3.2 標志球測光原理 158
5.3.3 單光源的光照方向測算 159
5.3.4 實驗及分析 161
5.4 真實場景環(huán)境光強測算實驗 166
5.5 樣片制作中的虛實融合 167
5.5.1 跟蹤注冊 167
5.5.2 基于特殊標識的跟蹤注冊 168
5.5.3 基于自然特征的跟蹤注冊 169
5.6 基于視覺的跟蹤注冊 169
5.7 系統(tǒng)架構 171
5.8 實驗及分析 172
5.9 本章小結 176
第6章 基于云的渲染技術 177
6.1 云計算任務調度概述 177
6.2 目前產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品及市場對技術的需求 178
6.3 相關技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 179
6.4 GPU結構與數(shù)據(jù)交換 182
6.5 云渲染研究的主要內(nèi)容 184
6.6 負載均衡算法 187
6.7 面臨的挑戰(zhàn)和未來的方向 189
6.8 本章小結 191
參考文獻 192
彩圖