应用光子映射的并行全局光照研究

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光子映射方法是近几年来在图形学领域比较流行的一种全局光照渲染方法。光子映射方法由HenrikWannJensen提出,该方法发表于1996年。它是一个两阶段的光照方法,第一阶段从光源发出光子,并在场景中进行跟踪,最终将光子存储到场景中;第二阶段从人的眼睛射出光线,穿过屏幕像素并进行光线的跟踪,当光线与场景相交时,在交点处利用邻近的光子做光亮度估计,最终将所计算的光亮度返回给屏幕像素,完成图像的渲染。   随着PC处理性能的提高和网络技术的发展,基于高速网络连接的PC机群的并行渲染成为人们研究的热点。PC机群具有低廉的价格,它的性价比超过了一些高端图形系统,而且PC机群具有可扩展性、灵活性等特点。本文的目的就是研究在机群计算环境下的并行光子映射技术。文章中我们对一种基于MPI的并行光子映射方法进行了研究与分析。MPI是一种平台无关性的并行编程函数库,它为我们在机群环境下进行并行程序设计提供了方便。我们期望本文的研究工作能够为并行全局光照技术提供一些有用的经验,本文的主要研究内容包括:   1.对于全局光照中的光子映射技术作了讨论,对光子映射中PhotonMap的存储与查找进行了介绍,讨论了全局光照的渲染方程及BRDF(双向反射分布函数),这一部分是光子映射的数学基础。   2.对并行渲染中的并行机制,研究问题以及实现过程作了探讨,重点集中在对光子映射与光线跟踪并行方法的讨论,并以Kilauea为例介绍了其上并行光线跟踪与并行光子映射的实现。   3.对一种基于MPI的并行光子映射方法进行了研究与分析,该方法对处理器采用了树型结构的组织方式,在工作模式上采用了需求驱动的方法,为了更有效的对负载进行均衡,采用了数据预取的策略来减少系统的时延,在并行方法上,针对光子映射的两个阶段,采用了分两个阶段并行的方式。实验结果给出了近似线性的加速比。
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