臺灣博碩士論文加值系統

光子映射法是由Jenson所提出的一種全域照度演算法，其方法的特徵即為使用一帶能量之粒子即光子，將光子射入3D虛擬場景中，記錄其碰撞位置等相關資訊，以此作為照度估計方法的依據；在光子映射法中因為光子碰撞位置的分佈並不均勻，因此在照度估計的分佈也隨之有分佈不均的現象，另外照度估計是光子映射法中最耗費時間的，若能減少在照度估計時的花費，便可加速整個演算法的運算。
本篇論文提出光子映射法下新的照度估計方法，以計算每次光子碰撞所產生的照度影響範圍，此照度影響範圍隨光子航行距離的增加而擴大，並以兩個參數Base和Rate來控制其擴大的速度，以適應各種不同的場景。
實驗結果顯示，改良的照度估計方法不僅達到演算速度上的改進，所求得的照度分佈也較為均勻。

Photonmap is a global illumination algorithm proposed by Jenson，it uses a energy carrying particle or so called photon and shoot the photons into 3D realistic scene，record the photon hit position and relative information，and use these information to estimate the radiance；because the distribution of photon hit position in photonmap method is not smooth，so the radiance distribution of photonmap is not smooth，too。Furthermore the radiance estimation is the most time consuming procedure of photonmap algorithm，if we can reduce time cost here，we can accelerate the whole photonmap algorithm's computation。
This paper present a new radiance estimating method of photonmap，we compute the radiance coverage of each photon hit，this radiance coverage increasing with the distance of the photon travels in the 3D realistic scene。We also use two parameters Base and Rate to control the increase speed of the radiance coverage in order to fit different scenes。
By the experiment result，improved radiance estimating method no only accelerate the computation of photonmap algorithm but also have the distribution of radiance more smoothly。
Keyword：photonmap，radiance estimation。

摘要………………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………II
致謝……………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………VI
表目錄………………………………………………………………VIII
第一章 簡介……………………………………………………………1
第二章 相關研究………………………………………………………5
2.1 光跡追蹤法……………………………………………………5
2.2蒙地卡羅路徑追蹤法…………………………………………6
2.3熱輻射法結合光跡追蹤法………………………………………7
2.4光子映射法…………………………………………8
2.4.1第一階段:建立光子映射…………………………………8
2.4.2第二階段:描繪階段………………………………………10
第三章光子映射法的新照度估計方法………………………………12
3.1原有的照度估計法……………………………………………12
3.2改良光子映射法的照度估計方法……………………………13
第四章 實作結果與分析…………………………………19
4.1演算法實作環境………………………………………………19
4.2演算法實作……………………………………………19
4.3實作結果……………………………………………22
第五章結論與未來之展望…………………………………………36
5.1結論………………………………………………………36
5.2未來發展方向………………………………………………36
參考文獻………………………………………………………………38
作者簡介………………………………………………………………41

l[Heckber 92]P.S.Heckber，「Introduction to Global Illumination」，ACM SIGGRAPH'92,Global Illumination Course，1992。l[Shirley 90]P.Shirley， Peter:，「A Ray Tracing Method for Illumination Calculation in Diffuse Specular Scenes」， Proceedings of Graphics Interface，1990。l[Shirley 98]P.Shirley，「Monte Carlo Method in Rendering」，ACM SIGGRAPH'98 Conference Proceeding，Course Notes 5，1998。l[Arvo et al. 86]Arvo， James， 「Backward Ray Tracing」，Developments in Ray Tracing，ACM SIGGRAPH Course Notes 12，1986.l[Chen et al. 91] Chen, Eric Shenchang， Holly E. Rushmeier, Gavin Miller and Douglass Turner，「A Progressive Multi-Pass Method for Global Illumination」， Computer Graphics 25 (4)，1991。l[Rushmeier et al. 94]Rushmeier， Holly， Ch. Patterson and A. Veerasamy，「Geometric Simplification for Indirect Illumination Calculations」。 Proceedings of Graphics Interface '93，1994。l[Sobol 94]I.Sobol，「A Primer for the Monte Carlo Method」，CRC Press，Boca Raton，Florida，1994。l[Wang 94]C.Wang，「The Direct lighting Computation in Global Illumination Methods」，Ph.D Dissertation，Department of Computer Science，University of Indiana，1994。l[Shieley et al. 91]P.Shirley and C.Wang，「Direct Lighting Calculation by Monte Carlo Integration」，Proceeding of the Second Eurographics Workshop on Rendering，1991。l[Shieley et al. 96]P.Shirley，C.Wang and K.Zimmerman，「Monte Carlo Technique for Direct Lighting Calculations」，ACM Transactions on Graphics，Vol.15 No.1 1996。l[Jenson 96]Henrik Wann Jensen，「Global Illumination using Photon Maps」，Rendering Techniques '96，1996。l[Whitted 80]T.whitted，「An Improved Illumination Model for Shaded Display」，Comm. of ACM，1980。l[Watt 2000]Alan Watt，「3D Computer Graphics Third Edition」，Published by Addison-Wesley，2000。l[楊文泰 95]楊文泰，「在輻射動態環境下的一個新的光跡追蹤法」，1995。l[Ward et Al. 88] Ward Gregory，J.Francis，M. Rubinstein and Robert D. Clear，「A Ray Tracing Solution for Diffuse Interreflection」，Computer Graphics 22 (4)，1988。l[Ward et Al. 92]Ward Gregory J. and Paul S. Heckbert，「Irradiance Gradients」， In Proceedings of the Third Eurographics Workshop on Rendering，Bristol 1992。l[Jenson et al. 95]Henrik Wann Jensen and Niels Jørgen Christensen ，「Efficiently Rendering Shadows using the Photon Map」，Proceedings of Compugraphics '95, pages 285-291, Alvor, December 1995。