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

（a）傳統點云法和（b）路徑追蹤原則方法

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

CGH重建光路

課題組開發了一種基于改進的BSDF和單射線采樣的路徑跟蹤技術來生成具有真實感的CGHs。與傳統的點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場景的真實感，并快速生成CGHs。

該方法流程圖

茶壺場景CGH的數值重建使用兩種不同的方法生成：

課題組提出的技術大約需要10 ms來生成CGHs各種場景，并且通過光學重建實驗產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，采用GPU并行計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的光線追蹤方法，提高了BSDF的計算步驟。這樣可以有效地計算出光與物體相互作用后的輸出方向、概率密度、衰減系數和其他相關值。此外，課題組還采用了單射線樣本累積的方法，大大縮短了采樣時間。

BSDF流程圖

本文所使用的SLM型號為UPOLabs的HDSLM36R，實驗結果表明，與傳統的點云和基于層的光線追蹤技術相比，該方法可以快速生成具有更高真實感的圖像，并且速度更快，顯著減少了生成全息重建所需的時間。該方法可以產生實時全息重建，有可能促進實時3D全息顯示的發展，并為未來的全彩3D全息顯示鋪平道路，詳情請查看原文。

審核編輯：湯梓紅