面向运动模糊的场景组织方法的研究

Motion blur occurs in photography whenever the camera or objects move while the shutter is open, and brings scene rendering a realistic visual effect. However, implementing accurate motion blur effects significantly increases scene organizing complexity due to either extra geometry, sampling, or both, likely causes inefficient even wrong scene hierarchy. This additional complexity makes real-time motion-blur computation difficult. In this proposal, we investigate the interrelation between acceleration structure and motion blur from object partition，space partition and detail subdivision. We intend to design efficient acceleration structures to improve the efficiency of scene organizing, reduce computation complexity, finally increase rendering performance. First, we present movement behavior classification for motion blur, intend to solve irregular primitives and some primitives worsening scene hierarchy using information transformation between time and space dimension.Secondly, we propose a novel blur-dependent level-of-detail scheme. Besides, we devise to improve memory access, by transferring traversal operation with incoherent memory access to intersection operation with intensive computation. We expect this research can provide a valuable exploration for graphics theory innovation, and contribute the development of virtual reality, cinema and game related industry.

运动模糊是一种在照相机摄影过程中产生的影像效果，能给场景绘制带来极大的视觉真实性。然而,由于额外的采样计算和面片使用，实现准确的运动模糊效果增加了场景组织的复杂度，这些额外的复杂性可能引起低效甚至错误的场景层次结构,使运动模糊效果的快速绘制变得更加困难。针对上述问题，本项目主要研究如何根据运动模糊特征对场景组织的影响，从对象划分、空间划分、细节划分三个角度设计合理的加速结构来提高场景组织的有效性，降低运动模糊效果的计算复杂度，最终提升绘制的性能。首先，研究面向运动模糊效果绘制的运动行为分类方法，并基于时空维度信息的转化关系，有效处理不规则运动和破坏层次结构的面片；其次，提出基于运动模糊强度的多层次细节表示方法；此外，能够使访存不友好的遍历操作尽可能转化为计算密集型的相交操作，以优化存储访问。本项目预期在图形学理论的原始创新方面提供一种有价值的探索，并最终推动虚拟现实、电影游戏等产业的发展。

本项目主要研究面向运动模糊的场景组织方法，从对象划分、空间划分、细节划分三个层面开展了以下三个方面的研究：1）针对绘制运动模糊效果所可能引起的更加严重的包围盒重叠问题，对于具有不规则运动行为面片的场景，提出了面向运动模糊的基于对象划分的加速结构结点分类方法和生成方法，以及基于遍历的动态调整方法，具体包括以下两点研究：第一， 为了解决不规则运动面片对场景包围盒的有效计算,提出了如何定义规则运动面片和不规则运动面片，以及在构造过程中如何捕捉和处理不规则运动面片；第二，由于在构造期间无法获得遍历光线的时间属性值，提出了如何在遍历阶段对不规则运动面片进行重分配处理，并实时调整加速结构的层次结构。2）针对基于空间划分的层次结构很难准确计算差值包围盒的情况，对于破坏空间层次结构的面片，提出了时空维度信息在空间层次结构中的转化关系，并基于照相机移动和基于对象移动两个层面，研究这类层次结构如何维持正确性和有效性，具体包括以下两点研究：第一，为了处理在运动过程中破坏层次结构的面片，提出了如何结合时空维度信息转化来定义面片的时间属性，以及移动面片对层次结构产生影响的判断方法和处理方法；第二，由于运动的面片在构造过程中存在位置不确定性，同时在运动过程中存在相关性，提出了一种基于时间属性的场景划分策略,使对场景进行遍历和相交操作的花费达到一个合理的平衡点。3）针对运动模糊效果较深的对象可能对几何细节表现要求较低的情况，提出了基于运动模糊强度的多层次细节的设计方法，通过选择合理的面片细节来进一步提高场景组织的有效性，进而加速场景组织过程和绘制过程。已经顺利完成项目规定的科研任务，做出了一系列的重要成果。成果获得虚拟现实领域一流会议ACM SIGGRAPH VRCAI 2015最佳论文奖1项，辽宁省自然科学技术成果奖1项（第一完成人），共发表（录用）文章16篇，包括一作文章9篇，其中SCI文章9篇，EI文章6篇；获得授权发明专利1项。