基于图像的三维后期处理特效系统研究与实现

计算机三维实时绘制领域的发展一直非常迅猛,在游戏、电影特效、建筑设计等三维应用的推动下,新的理论和技术一直层出不穷。随着可编程管线的出现,使开发人员可以通过顶点着色器和像素着色器直接对GPU进行编程,图形领域的开发变得更加自由了,图像处理实现的效果也更加丰富。在众多的图像处理技术中,高动态范围渲染是应用非常广泛的一项技术,它能完美在三维场景中呈现出亮处和暗处的对比度,并使画面的细节非常明显,是目前表现照片级真实感最好的方法,因此在很多游戏引擎、虚拟现实系统中都采用了高动态范围渲染技术。为了使本文所实现的后处理特效系统也能支持高动态范围渲染效果,文中对高动态范围渲染技术进行了详细的研究,并对其中的重要步骤色调映射的算法进行了分析,最后通过实现这些算法对它们的优劣进行比较,确定了本文所述系统实现高动态范围渲染所采用的色调映射算法。后期处理是在场景绘制后才执行的图像处理,它一直是实时绘制中很重要的一部分。通过后期处理产生的各种特效是在实际的三维应用中用来增加真实感和沉浸感的一种非常有效的表现手段,在现在的实时绘制应用领域,后处理特效已经占有越来越重要的地位。目前常见的后处理特效主要有bloom、景深、运动模糊、全屏模糊等。本文是在对基于图像的绘制技术进行研究的基础上,设计并实现了这样一个后处理系统:它包含了目前三维场景内容创作中常见的一些后处理特效,用户可以利用这个系统进行方便、高效的后处理特效编辑和实现。这个系统的完成是通过一个后处理特效编辑器,本文中详细讲述了系统的功能设计、框架和流程设计、编辑器的界面设计、特效文件保存问题以及底层特效插件的设计和实现,特别是高动态范围渲染技术的一个应用——bloom特效的插件实现。相对于直接通过编码将特效写进渲染程序,在可视化的三维场景内容创作中,本文系统要解决对多个特效的融合渲染实现问题,对此本文提出了一种特效链的渲染方法,并成功加以实施。