快速全息生成技術(shù)依賴于計(jì)算機(jī)生成的全息影像 （CGH） 的快速創(chuàng)建。目前，基于光線追蹤的計(jì)算機(jī)生成全息圖的快速生成方法仍基于非物理光線追蹤方法，難以準(zhǔn)確模擬和生成計(jì)算機(jī)生成的全息圖。利用路徑追蹤技術(shù)快速生成全息圖的研究還很匱乏。關(guān)于使用路徑追蹤以最小的計(jì)算工作量和更少的計(jì)算時(shí)間快速生成CGH的研究很少。

（a）傳統(tǒng)點(diǎn)云法和（b）路徑追蹤原則方法

為了解決這個(gè)問題，課題組采用了基于物理的路徑追蹤技術(shù)進(jìn)行逼真的渲染，并對(duì)雙向散射分布函數(shù)（BSDF）和光線采樣方法進(jìn)行了改進(jìn)。

CGH重建光路

課題組開發(fā)了一種基于改進(jìn)的BSDF和單射線采樣的路徑跟蹤技術(shù)來生成具有真實(shí)感的CGHs。與傳統(tǒng)的點(diǎn)云和光線跟蹤方法相比，路徑跟蹤方法采用不同的陰影渲染和照明模型來增強(qiáng)場(chǎng)景的真實(shí)感，并快速生成CGHs。

該方法流程圖

茶壺場(chǎng)景CGH的數(shù)值重建使用兩種不同的方法生成：

課題組提出的技術(shù)大約需要10 ms來生成CGHs各種場(chǎng)景，并且通過光學(xué)重建實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生具有逼真外觀的重建圖像。這種新方法為生成CGH提供了一種有效的解決方案，課題組嘗試使用新方法生成序列，并將新方法應(yīng)用于快速生成CGH視頻。

本研究引入了一種基于路徑跟蹤的快速、高保真度全息生成技術(shù)，采用GPU并行計(jì)算和路徑跟蹤算法來加速全息代的生成。課題組采用了一種改進(jìn)的光線追蹤方法，提高了BSDF的計(jì)算步驟。這樣可以有效地計(jì)算出光與物體相互作用后的輸出方向、概率密度、衰減系數(shù)和其他相關(guān)值。此外，課題組還采用了單射線樣本累積的方法，大大縮短了采樣時(shí)間。

BSDF流程圖

本文所使用的SLM型號(hào)為UPOLabs的HDSLM36R，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的點(diǎn)云和基于層的光線追蹤技術(shù)相比，該方法可以快速生成具有更高真實(shí)感的圖像，并且速度更快，顯著減少了生成全息重建所需的時(shí)間。該方法可以產(chǎn)生實(shí)時(shí)全息重建，有可能促進(jìn)實(shí)時(shí)3D全息顯示的發(fā)展，并為未來的全彩3D全息顯示鋪平道路，詳情請(qǐng)查看原文。

審核編輯：湯梓紅