中文摘要：

全局光照计算通过模拟光能在全局范围内物体间的传输以生成高真实感的图像，其绘制方程由光源分布、视线势函数与光能传输等多个高维函数的积分所描述，具有较高的计算复杂度。在光源可变、视点可动、物体几何与表面材质变化的动态场景中，如何快速计算光源分布、光能传输的分布以得到视线空间上的出射光能一直以来都是极有挑战性的问题。本项目针对全动态场景全局光照快速绘制的理论与方法开展研究。拟采用张量来刻画全局的光能传输过程，研究光源、视线势函数与光能传输等高维函数的张量表示形式、张量表示下高维函数在动态场景中的快速采样简化计算方法以及不同张量表示的高维函数间快速积分计算的方法，以简化全局光照计算。此外，在加速计算的手段上，本项目计划利用最新的图形硬件发展，将基于众核的并行计算应用于全局光照绘制计算中，研发并行绘制算法，以实现全动态场景全局光照实时绘制。

结论摘要：

全局光照计算通过模拟光能在全局范围内物体间的传输以生成高真实感的图像，全局光照方法是计算机图形学绘制中生成高真实感绘制内容的重要手段之一。全局光照绘制方程由光源分布、视线势函数与光能传输等多个高维函数的积分所描述，具有较高的计算复杂度。近年来快速/实时的全局光照计算成为研究的热点问题。本项目以张量表示为切入点，面向无预计算的动态场景的快速/实时的全局光照计算为目标，在全局光照绘制的架构方法、全局光照所涉及的快速采样简化与重构方法、面向全局光照积分的快速计算方法以及与全局光照计算相关的快速计算方法等方面开展了多项研究，取得了一系列研究进展，获得了多项研究成果。在全局光照绘制的架构方法上，我们基于many-lights的全局光照绘制框架提出了新的双向光路聚类策略与方法，并为基于外存的超大规模场景数据设计了新的调度与绘制策略；在全局光照所涉及的快速采样简化与重构方法上，我们提出了基于光线空间表示的快速可见性计算方法、面向裸眼三维显示装置的光场快速采样与生成方法、基于形态学的反走样方法等；在面向全局光照积分的快速计算上，我们提出了基于解析双重积的全频软影计算方法、基于GPU的球面快速距离变换方法等；在与全局光照计算相关的快速计算方面，我们提出了面向人视觉感知的绘制增强算法、基于张量表示下数据相似性的计算、采样、压缩与重构方法、基于GPU的图像快速合成方法等。在这些方法研究的成果之上，我们进一步研制了基于GPU众核并行计算架构的全局光照绘制引擎，不仅支持较小数据规模场景的实时绘制，还支持支持基于外存的超大规模模型的全局光照绘制，在支持数据规模、绘制速度上都达到了世界领先水平。本项目共计发表（含录用）论文7篇，还有2篇论文处于审稿周期中，申请专利3项，已获授权2项。本项目研发的部分技术已被整合入“面向创意产业的虚拟现实关键技术与支撑平台”中，该平台获教育部2011年科技进步一等奖。