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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:邱弘偉
研究生(外文):Chiu, Horngwei
論文名稱:改進KD-Tree搜尋法以加速光束封包光線追蹤法
論文名稱(外文):On Improving KD-Tree Traversal Algorithm for Coherent Ray Tracing
指導教授:鄭進和
指導教授(外文):Cheng, Chinho
口試委員:鍾斌賢林聰武郭文彥
口試日期:2011-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:KD-tree光線追蹤法光束封包
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光線追蹤法是一種經由觀察人眼物理成像方法所衍生出來的一種繪圖技巧,也因為基於物理原理,每一個像素的顏色都是經過物體本身的顏色累加光源、反射及折射而來,最後所得到的成像也就極為逼真。但由於每一條光線都需要跟場景中的物體做交點測試,造成描繪整個場景中全部的像素時,需要龐大的時間來運算,尤其是當遇到大型場景時所需要的執行時間更是令人不敢恭維,這也是光線追蹤法讓人詬病之處,為了解決上述所帶來的問題,衍生出了各種的空間分割法,目前KD-tree被公認為在靜態場景中可對光線追蹤法有著最佳的加速效率。

本論文中我們利用鄰近射線的相關性,也就是鄰近射線在找到交點時可能會落在樹中同個葉節點當中或是相隔不遠的葉節點。所以我們利用光束封包中的測試射線先執行完整光線追蹤法,並利用其鄰近射線的相關性找出新的樹根節點,之後再將光束封包中的所有光線從此新的根節點往下搜尋物體,即可以節省射線搜尋整顆KD-tree所需花費的時間,提升光線追蹤法整體執行效率,最後在四個測試場景實驗中得知利用光束封包可減少大量射線需搜尋KD-tree節點的數量,並對整體執行時間有50~64%的加速比率,且對於影像品質保有一定的水準。

第一章 簡介………………………………………………………………………1
第二章 相關研究…………………………………………………………………3
2.1 光線追蹤法 …………………………………………………………3
2.2 KD-Tree …………………………………………………………………………………………………………5
2.3 光束封包……………………………………………………………7
2.4 二維方格加速法……………………………………………………10
第三章 我們的方法 ……………………………………………………………12
3.1 最大包圍節點………………………………………………………13
3.2 紀錄路徑……………………………………………………………15
3.3 預先排除……………………………………………………………16
3.4 相同節點……………………………………………………………19
3.5 搜尋最大包圍節點…………………………………………………23
3.6 背景成像加速………………………………………………………25
3.7 加速陰影射線………………………………………………………28
第四章 實驗結果與討論………………………………………………………30
4.1 實驗環境……………………………………………………………30
4.2 實驗場景……………………………………………………………31
4.2.1 場景一…………………………………………33
4.2.2 場景二…………………………………………37
4.2.3 場景三…………………………………………41
4.2.4 場景四…………………………………………45
4.3 實驗結果……………………………………………………………32
4.4 錯誤評估……………………………………………………………49
4.5 討論…………………………………………………………………53
第五章 結論與未來展望………………………………………………………75
參考文獻…………………………………………………………………………77
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