使用圖形處理器即時繪製環境遮蔽

Abstract

在電腦圖學領域，全域照明是使用在3D場景中，增加更真實的光影畫面的一群演算法。其中環境遮蔽演算法近似現實世界中，計算光輻射的一種著色法，可以幫助在不會反射的模型上產生較為真實的光線遮蔽率，效果類似在陰天的場景中，呈現比較柔和的陰影。近年來被廣泛的使用在遊戲與美術領域上。 環境遮蔽最常見的計算方式是使用光線追蹤演算法來實現，但是計算時間相當耗時。2007年Crytek團隊研發SSAO（Screen-Space Ambient Occlusion）演算法使用在遊戲上，這是一種近似環境遮蔽的效果，透過GPU shader產生可接受且即時的畫面，不過品質與速度上仍可以繼續被廣泛研究的方向。 本論文主要討論諸多環境遮蔽演算法，做一份分析報告，從最原始的概念推廣至現代的近似作法。討論之間的品質、取樣方式與效能差異等等演算方式。實作上使用NVIDIA OptiX光線追蹤引擎實作了兩種程式，其一是accumulative ambient occlusion，其二是modern SSAO演算法，有別於deferred shading的做法。事實上，rasterized graphics確實會比光線追蹤法速度快上許多，但是光線追蹤法可呈現更真實的畫面。在未來的3D圖學，隨著計算量更強大的GPU演進，GPU-based光線追蹤將會被廣泛的使用。