基于体素锥追踪的全局光照算法 
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Global Illumination Algorithm Based on Voxel Cone Tracing
西南交通大学信息科学与技术学院, 四川 成都 611756
图 & 表
图 1. 算法的4个阶段
Fig. 1. Four phases of algorithm
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图 2. 体素化。(a)示意图;(b)体素化前;(c)体素化后
Fig. 2. Voxelization. (a) Schematic; (b) before voxelization; (c) after voxelization
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图 3. 体素结构中的属性体
Fig. 3. Attribute volume of voxel structure
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图 4. 环境遮蔽。(a) 环境遮蔽示意图; (b) 环境遮蔽值; (c) 无环境遮蔽; (d) 有环境遮蔽
Fig. 4. Ambient occlusion. (a) Schematic of ambient occlusion; (b) value of ambient occlusion; (c) without ambient occlusion; (d) with ambient occlusion
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图 5. 各向异性过滤与采样
Fig. 5. Anisotropic filtering and sampling
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图 6. 反射分布与锥体分布。(a)漫反射;(b)漫反射锥;(c)高光反射;(d)高光反射锥
Fig. 6. Distributions of reflection and cones. (a) Diffuse reflection; (b) diffuse cones; (c) specular reflection; (d) specular cone
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图 7. 体素锥追踪
Fig. 7. Voxel cone tracing
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图 8. 测试场景。(a) Conell Box 场景;(b) Sibenik Cathedral 场景;(c) Crytek Sponza 场景
Fig. 8. Test scenes. (a) Conell Box scene; (b) Sibenik Cathedral scene; (c) Crytek Sponza scene
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图 9. 不同体素分辨率下S2场景的体素结构。(a) 643 voxel; (b) 1283 voxel; (c) 2563 voxel; (d) 5123 voxel
Fig. 9. Voxel structures of S2 scene at different voxel resolutions. (a) 643 voxel; (b) 1283 voxel; (c) 2563 voxel; (d) 5123 voxel
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图 10. 直接光照与全局光照。(a)直接光照;(b)全局光照
Fig. 10. Direct illumination and global illumination. (a) Direct illumination; (b) global illumination
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图 11. 自发光材质。(a)自发光平面;(b)自发光球体
Fig. 11. Emissive materials. (a) Emissive plane; (b) emissive sphere
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图 12. 法线衰减方法的结果对比。(a)原场景;(b)均值法线衰减;(c)基于法线权重的衰减
Fig. 12. Comparison of results from normal attenuation methods. (a) Original scene; (b) averaged normal attenuation; (c) normal-weighted attenuation
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图 13. 软阴影效果对比。(a)~(c)阴影图算法[21],模糊值分别为 2,5,8;(d)~(f)锥追踪阴影,锥光圈值分别为 5°,10°,15°
Fig. 13. Comparison of soft shadow effects. (a)-(c) Shadow mapping algorithm[21], with blur scales of 2, 5, 8, respectively; (d)-(f) cone tracing shadow, with cone aperture values of 5°, 10°, 15°, respectively
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图 14. 图像质量与性能对比。(a)~(c)光驱动体素算法[20]效果;(d)~(f)本文算法效果
Fig. 14. Comparison of image quality and performance. (a)-(c) Results of light-driven voxel algorithm[20]; (d)-(f) results of proposed algorithm
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表 1实验场景统计数据
Table1. Statistical data of test scenes
| Name | Scene | Vertices | Triangles | Frame rate /(frame·s-1) | Time /ms | Memory /MB |
|---|
| S1 | Conell Box | 87108 | 174338 | 53.9 | 18.6 | 446 | | S2 | Sibenik Cathedral | 40479 | 75283 | 35.4 | 28.3 | 464 | | S3 | Crytek Sponza | 153635 | 278163 | 38.2 | 26.2 | 930 |
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表 2不同体素分辨率下S2场景渲染的显存、帧率与时间
Table2. Memory, frame rate, and time of S2 scene at different voxel resolutions
| Voxel resolution /voxel | 643 | 1283 | 2563 | 5123 |
|---|
| Memory/MB | 145 | 274 | 598 | 1546 | | Frame rate /(frame·s-1) | 60 | 60 | 49.1 | 32.9 | | Time /ms | 16.7 | 16.7 | 20.4 | 30.4 |
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表 3每阶段的时间消耗
Table3. Time costs in each phase
| Phase | Time /ms | Phase | Time /ms |
|---|
| Voxelization | 2.4 | Voxel cone tracing | 21.1 | | Direct illumination | 4.8 | Other | 3.9 | | Anisotropicfiltering | 1.4 | Total | 33.6 |
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桂梅书, 侯进, 谭光鸿, 吴佩军. 基于体素锥追踪的全局光照算法[J]. 光学学报, 2019, 39(6): 0620001. Meishu Gui, Jin Hou, Guanghong Tan, Peijun Wu. Global Illumination Algorithm Based on Voxel Cone Tracing[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(6): 0620001.
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