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5-1 全域照明效果

首先就是全域照明效果的比較,以下是直接照明、LPV 的間接照明和全域 照明結果比較:

Direct Lighting Indirect Lighting( LPV ) Global illumination

表1 及時全域照明結果

可以看到透過 LPV 呈現某些全域照明效果時相當好,照射在不同顏色物體 上的反光相當明顯,因為直接照明和傳遞之後產生的亮度差異也有所不同。

以下是各個 LPV 的𝑐00,由於此頻率和方向並無相關(參照 3-2 球諧函數表及

4-3 的離散 SH 轉換),只與顏色相關,可以很直接地呈現該 LPV 的顏色和貢獻 度,以此觀察傳遞次數不同,LPV 資訊的變化:

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0 1 3 5

表2 傳遞次數與容積體資訊 表中單位為傳遞次數

傳遞次數0、1、3、5 時,LPV 座標 z=7 的𝑐00狀態,直接顯示顏色與傳遞的狀態 可以看到在表 2 中,未傳遞時僅有被光線直接照到的地方有貢獻度;隨著 傳遞次數越多,相鄰的 LPV 有越來越多的照明資訊,多到一定程度以上顏色也 會混合。

除了傳遞次數,間接照明效果也和 LPV 解析度有很大的關係:

8×8 16×16 32×32

表3 LPV 解析度和全域照明效果差別 表中LPV 單位為立體像素( texel )

可以看到當解析度低時,由於同一個容積體內,VPL 的顏色和輻射方向較 多,由於使用的 SH 頻率僅𝑙 ≤ 1,進行 SH 係數累加時,係數會因顏色及方向的 關係而被抵銷,產生無法呈現不同顏色反光的結果;又因為容積體中大多數的

VPL 為接近白色的顏色,在相加時其他顏色的表現將極端不明顯。亮度差異部

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分,8×8的畫面中較多是有 VPL 的容積體(解析度低則容積體佔的空間較大),且 因為傳遞次數少,貢獻值的遞減次數較少,因此亮度較高;而32×32則是因為多 次傳遞之後貢獻遞減次數較多,因此需要傳遞較遠的容積體亮度就不高。

5-2 效能測試

以下為測試效能所使用環境,以及本論文實作各項參數及幀數狀況:

CPU Intel Xeon E5506@2.13GHz

GPU NVidia GTX 970@1228MHz

VGA Driver NVidia GeForce Driver 376.53

VRAM GDDR5 4G@7010MHz, 256bit

DRAM DDR3 6GB@1333MHz

OpenGL OpenGL 4.0

IDE Visual Studio 2015

Compiler MSVC++ 14.0

表4 測試用系統規格

Triangles RSM LPV Propagate Resolution FPS

289,157 256×256 32×32×32 8 iterations 1024×768 120( 34 ) 表5 實作成果效能及各項參數

本實作以Crytek 的 Sponza 場景作為實驗場景,括號內為光源移動時的每秒幀數 (frame per second,簡稱 FPS)

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Triangles LPV Propagate Resolution

289,157 32×32×32 8 iterations 1024×768

RSM 解析度 處理方法

128×128 256×256 512×512

方法 1 11 9 8

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個斷片都利用迴圈掃描所有的 VPL,又 GPU 在進行分岔效能較 CPU 來得低,

不僅互動性較差,RSM 的解析度對其效能影響也相當大;方法 2 取方法 1 及方 法 3 之間較折衷的方式,獲得較佳的互動性;方法 4 則是利用 OpenGL 4.2 後提 供在著色器語言的

imageAtomicAdd

函式,在計算著色器中進行 SH 累加,真正 完全平行化光照資訊植入的步驟。

對於四個方法主要的差異在於植入光照資訊以及傳遞貢獻度的兩個階段,

為了利於探討每種方法造成延遲的狀況,以下是每種方法在各個階段的執行時 間狀況:

LPV RSM Propagate

32×32×32 256×256 8 iterations 處理方法 LPV 階段 光照資訊植入 貢獻度傳遞

方法 1 10 91

方法 2 10 30

方法 3 122 29

方法 4 6 15

表7 平行化方法的時間比較 表7 單位為毫秒( micro seconds )

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5-3 以 VR 裝置顯示對效能的影響

在 VR 裝置上顯示結果唯一的差別就是要同時繪製左右眼的可視圖,但兩個 繪製過程都僅是對於 LPV 的結果進行採樣,對於主要影響效能的 LPV 運算並無 改變,但因為 OpenVR 在利用

VRCompositor

取得矩陣時,會等待 VR 裝置的更 新,而 HTC Vive 的更新頻率為 100Hz,因此光源不動的情況下,畫面更新頻率 也降至 100fps 以下;而光源移動中的互動性雖皆有下降,但並無太大改變。

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