计算机快速全息生成技术研究

快速全息生成技术依赖于计算机生成的全息影像 （CGH） 的快速创建。目前，基于光线追踪的计算机生成全息图的快速生成方法仍基于非物理光线追踪方法，难以准确模拟和生成计算机生成的全息图。利用路径追踪技术快速生成全息图的研究还很匮乏。关于使用路径追踪以最小的计算工作量和更少的计算时间快速生成CGH的研究很少。

（a）传统点云法和（b）路径追踪原则方法

为了解决这个问题，课题组采用了基于物理的路径追踪技术进行逼真的渲染，并对双向散射分布函数（BSDF）和光线采样方法进行了改进。

CGH重建光路

课题组开发了一种基于改进的BSDF和单射线采样的路径跟踪技术来生成具有真实感的CGHs。与传统的点云和光线跟踪方法相比，路径跟踪方法采用不同的阴影渲染和照明模型来增强场景的真实感，并快速生成CGHs。

该方法流程图

茶壶场景CGH的数值重建使用两种不同的方法生成：

课题组提出的技术大约需要10 ms来生成CGHs各种场景，并且通过光学重建实验产生具有逼真外观的重建图像。这种新方法为生成CGH提供了一种有效的解决方案，课题组尝试使用新方法生成序列，并将新方法应用于快速生成CGH视频。

本研究引入了一种基于路径跟踪的快速、高保真度全息生成技术，采用GPU并行计算和路径跟踪算法来加速全息代的生成。课题组采用了一种改进的光线追踪方法，提高了BSDF的计算步骤。这样可以有效地计算出光与物体相互作用后的输出方向、概率密度、衰减系数和其他相关值。此外，课题组还采用了单射线样本累积的方法，大大缩短了采样时间。

BSDF流程图

本文所使用的SLM型号为UPOLabs的HDSLM36R，实验结果表明，与传统的点云和基于层的光线追踪技术相比，该方法可以快速生成具有更高真实感的图像，并且速度更快，显著减少了生成全息重建所需的时间。该方法可以产生实时全息重建，有可能促进实时3D全息显示的发展，并为未来的全彩3D全息显示铺平道路，详情请查看原文。

审核编辑：汤梓红