● 摘要
复杂环境的实时光照是虚拟现实沉浸感的基础，是当前虚拟现实技术研究和应用的具有挑战性的重要方向之一。本文重点研究烟、雾等参与介质(participating media)的实时绘制以及多光源光照、特效灯光效果的实时绘制，通过对虚拟舞台等室内场景光照效果绘制方法的研究，进一步加强虚拟室内场景的高逼真和高沉浸感等特性。本文以国家863 计划项目“支持大规模动态复杂场景的虚拟现实引擎系统”（2007AA01Z337）等为背景，开展了研究工作，主要成果如下：（1）研究并实现了一种点光源光照情况下参与介质的实时绘制方法。该方法首先采用解析求解的方式，通过查找预先保存的光照值2D纹理来实现光晕的绘制效果；其次通过3D纹理对参与介质的密度等属性信息加以组织，充分利用GPU的可编程特性，实时绘制出非均匀的参与介质效果。（2）研究并实现了一种参与介质环境下体阴影的实时绘制方法。本文充分利用最新的图形硬件绘制加速技术Geometry Shader和OpenGL的最新扩展，再结合Shadow Map、Shadow Volume和Ray Marching等技术，给出了一种实时体阴影的混合绘制策略。（3）研究并实现了虚拟舞台环境下多光源光照效果与聚光灯特效灯光效果的实时绘制。首先基于延时着色技术，通过构建光源层次树并聚合初始的点光源，减少了场景光照的计算量，从而实时绘制出多个点光源的光照效果；其次基于自适应的采样策略，实现了一种聚光灯光照的实时绘制方法，可以模拟出聚光灯光束体、投影光斑等效果。