本书对虚拟场景的真实感图形生成与虚实融合技术进行系统地介绍，主要内容有：三维虚拟场景的基本光照理论、基于光栅化和光线跟踪框架的阴影绘制技术、亚像素级硬阴影反走样绘制技术、近似全局光照绘制技术、自然景物建模与模拟、特效影视制作过程中的三维注册、虚实融合技术、基于云的渲染技术等。
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前言
第1章 概述 1
1.1 真实感图形学概述 1
1.2 三维图形学基础 2
1.2.1 三维对象的表示 2
1.2.2 图形变换与三维观察 3
1.2.3 光源与材质 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 光线传输的模拟 9
1.4.1 渲染方程 9
1.4.2 本书使用的GLSL图形流水线 12
第2章 阴影绘制技术 16
2.1 阴影绘制技术研究现状 16
2.2 阴影绘制基本原理 19
2.2.1 阴影图算法 20
2.2.2 阴影体算法 21
2.3 阴影图走样原因 22
2.4 相关的反走样算法 23
2.4.1 自适应深度偏差算法 24
2.4.2 方差阴影图算法 26
2.4.3 卷积阴影图算法 27
2.4.4 几何阴影图算法 29
2.5 亚像素级硬阴影反走样绘制 31
2.5.1 可重建几何阴影图算法的基本原理 31
2.5.2 基于深度外插的亚像素阴影图算法 32
2.5.3 深度求导公式的优化 33
2.5.4 三角形深度一致性检测 36
2.5.5 实验及分析 38
2.6 基于反走样滤波的亚像素阴影图算法 40
2.6.1 G缓存生成过程 41
2.6.2 反走样滤波 42
2.6.3 形态估计 43
2.6.4 实验及分析 44
2.7 基于几何图元覆盖检测的亚像素阴影图算法 49
2.7.1 保守光栅化 49
2.7.2 基于纹素顶点的几何图元覆盖检测算法 54
2.7.3 基于纹素法向量的几何图元覆盖检测算法 59
2.7.4 基于纹素边的几何图元覆盖检测算法 62
2.7.5 三种绘制算法对比分析 64
2.8 柔和阴影绘制技术 69
2.8.1 柔和阴影的生成 69
2.8.2 柔和阴影绘制的主要方法 71
2.8.3 基于二值可见性滤波的柔和阴影绘制算法 74
2.8.4 空间卷积计算 75
2.8.5 实验及分析 76
2.9 本章小结 78
第3章 全局光照绘制技术 79
3.1 全局光照基本绘制算法 79
3.2 间接光照绘制 82
3.2.1 反射阴影图的采样改进 83
3.2.2 基于深度方差的采样滤波 85
3.3 近似全局光照绘制 88
3.3.1 高分辨率间接光照计算 89
3.3.2 实验及分析 91
3.4 光线跟踪算法 93
3.4.1 空间加速结构 95
3.4.2 三维场景几何对象划分 96
3.4.3 SSG与DSG的组织及管理 98
3.4.4 实验及分析 100
3.5 本章小结 101
第4章 自然景物建模方法及分析 103
4.1 水模拟的基本方法 103
4.2 分形噪声绘制 103
4.2.1 Perlin噪声的基本原理 103
4.2.2 网格优化快速模拟技术 106
4.2.3 表面反射与折射 109
4.2.4 近似菲涅尔反射系数与水面颜色模拟 110
4.3 基于二次映射的快速水面模拟 111
4.3.1 反射映射图 111
4.3.2 实验及分析 113
4.4 基于光线跟踪的水面绘制方法 117
4.4.1 简化Navier-Stokes方程 117
4.4.2 实验及分析 118
4.5 大规模虚拟地形绘制技术 122
4.5.1 地形可视性判断 122
4.5.2 代理包围盒策略与视界角计算 123
4.5.3 并行扫描改进算法 125
4.5.4 实验及分析 129
4.6 本章小结 131
第5章 特效电影样片制作中的虚实融合 133
5.1 基于彩色结构光的三维模型重构技术 133
5.1.1 系统耦合性校正 133
5.1.2 调制条纹图像分析与处理 135
5.1.3 模型三维深度信息解算 138
5.1.4 三维模型重构实验 139
5.2 基于多Kinect的实时三维重建 143
5.2.1 Kinect结构与应用 143
5.2.2 Kinect v1与Kinect v2性能参数比较 144
5.2.3 深度图像与彩色图像的配准 148
5.2.4 背景去除 150
5.2.5 点云滤波 152
5.3 虚实融合中的光照估计 154
5.3.1 真实场景环境光照方向测算 154
vi 真实感三维虚拟场景渲染关键技术及应用
5.3.2 标志球测光原理 158
5.3.3 单光源的光照方向测算 159
5.3.4 实验及分析 161
5.4 真实场景环境光强测算实验 166
5.5 样片制作中的虚实融合 167
5.5.1 跟踪注册 167
5.5.2 基于特殊标识的跟踪注册 168
5.5.3 基于自然特征的跟踪注册 169
5.6 基于视觉的跟踪注册 169
5.7 系统架构 171
5.8 实验及分析 172
5.9 本章小结 176
第6章 基于云的渲染技术 177
6.1 云计算任务调度概述 177
6.2 目前产业、产品及市场对技术的需求 178
6.3 相关技术国内外发展现状与趋势 179
6.4 GPU结构与数据交换 182
6.5 云渲染研究的主要内容 184
6.6 负载均衡算法 187
6.7 面临的挑战和未来的方向 189
6.8 本章小结 191
参考文献 192
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