深度剥离与GPU结合的近似软影算法

针对基于阴影图算法扩展的一些近似软影算法中存在的只考虑外半影区而导致的本影区过多估计的问题,提出了一种深度剥离与GPU结合的近似软影实时绘制算法。算法利用GPU的几何着色器来提取场景物体的轮廓边并生成内半影和外半影图元,进而得到整个内外半影颜色图和深度图,最终阴影绘制的时候通过参考阴影图和内外半影图来确定每个可见像素的明暗值,从而得到比以往算法较真实的绘制效果,算法完全在GPU中实现。实验结果表明,对相对不复杂的场景,该算法可以生成较真实的软影效果,且绘制帧率完全达到实时。     

近似软影下的三维增强绘制

针对目前的三维增强绘制方法尚未涉及阴影效果这一现象,提出一种新的包含近似软影效果的三维增强绘制算法.针对简单光照场景,设计了一种新的尺度函数,应用该尺度函数调整每个像素的光亮度值,使得物体的表面细节看上去更加凸显;在此基础上引入近似软阴影效果,利用GPU的几何着色器提取物体的轮廓边生成近似半影区,通过调整半影区的衰减参数来控制半影区的大小和亮度,可以使软阴影变得更黑更集中.实验表明应用该方法可以得到整个三维场景一致增强的效果.     

混合软影绘制算法

实时软影映射算法能够使用一张阴影映射图绘制出复杂动态场景的真实的软影效果.结合物体空间和图像空间的算法,提出一种在物体空间中提取面光源轮廓边的方法;然后利用面光源轮廓边的属性,提出一个在图像空间中确定轮廓边像素走向的方法;最后反投影拟合的轮廓边计算最终的几何可见性.实验结果表明,本文算法减少了提取轮廓边的消耗,提高了绘制效率;增加了拟合轮廓边的精度,提高了绘制效果.     

快速反投影软影绘制算法

针对已有的软阴影映射技术允许在使用一张阴影贴图的条件下对复杂的动态场景实时渲染出比较真实的软影,而在处理大面积软影时算法的执行效率不高的问题,通过创建一种新的边界存储结构,提出了一种快速软影生成算法.该算法是一种3遍算法:第一遍从光源中心计算场景的深度图;第二遍采用边缘提取算子对深度图进行滤波,找到所有可能的边界点;第...     

基于轮廓边拟合的软影映射算法

针对实时软影映射算法在绘制大面积光源时绘制效率不高的问题,提出一种基于轮廓边拟合的快速软影映射算法.该算法在场景阴影映射图中的固定尺寸的块内拟合轮廓边直线,并用一种层次化的数据结构来保存拟合的轮廓边直线;再利用反投影轮廓边直线的方法快速地计算着色点的可见性,生成真实的软影效果.实验结果表明,与现有的算法相比,文中算法在不显著降低软影质量的基础上有效地提高了绘制效率.     

多层阴影图轮廓边背投软影算法

在场景深度和物体分布复杂时,针对轮廓边背投软影算法中的可见性因子计算存在误差,从而导致过阴影和光渗等绘制瑕疵的问题,提出一种基于掩码的多层阴影图遮挡物轮廓边背投软影算法.该算法通过计算光源掩码的深度复杂函数获得更准确的可见性因子,解决了轮廓边背投软影算法中存在的过阴影问题;将光源掩码计算与多层阴影图结合以解决光渗问题,最终生成更高质量的光滑软影.实验结果表明,在保证绘制效率的前提下,文中算法可以产生更为准确、真实的软影效果.     

基于GPU的海量城市管线高效建模与实时绘制

地理信息系统行业积累了海量基于二维矢量的管线数据,文中针对传统的基于CPU的多层次细节预处理三维建模及绘制方法存在质量和效率方面的不足,从管线二维矢量数据的形状特征出发,提出一种无需预处理的、可一次性在GPU中装载并处理城市规模管线数据的三维建模与实时绘制算法.该算法利用现代GPU可编程硬件的特性来实现,在GPU上对管线形状进行解码,在顶点着色器采用2个剪枝策略进行场景的可见性剔除计算,然后基于细分着色器对管线曲面进行多层次细节几何自动建模,全过程无需CPU干预.实验结果表明,文中算法适用于城市级别的海量管网数据,相比于已有的方法,绘制效果和多项性能指标得到了大幅提升.     

NURBS裁剪曲面绘制方法

根据NURBS曲面在u,v参数域的偏导数动态地把NURBS曲面细分成一些四边形区域,然后用双三次Bézier曲面实现这些四边形的C1连续的逼近。完成裁剪曲面绘制这个过程需要由GPU(Graphic Processing Unit)执行两遍。第一遍先由几何着色器实现裁剪曲面的三角化,再由像素着色器生成裁剪纹理。在此基础上执行第二遍,由几何着色器实现双三次Bézier面片的镶嵌,然后由像素着色器根据裁剪纹理绘制出裁剪后的NURBS曲面。采用GPU实现NURBS裁剪曲面的绘制,把大部分的计算从CPU迁移到了GPU。     

基于自适应可见性滤波的近似软影绘制

针对全局光照下的物理正确软影绘制较难满足交互性的难题,提出体现遮挡对象 空间位置远近关系的可变半影近似绘制算法。首先,以光源中心点为参照通过基于光线跟踪的 遮挡测试方法生成二值光源可见性图;并提出每个可视场景点对应自适应可见性空间平滑滤波 器宽度的确定方法;然后执行带掩模计算的自适应可见性滤波来获得从可见区到非可见区平滑 过渡的可见性因子;最后在光线跟踪流程中使用可见性因子动态调制相应可视场景点不考虑遮 挡的直接光照值,再加上间接光照得到高真实感软影。实验结果表明：该算法效果与物理正确 阴影在柔和度方面非常接近,容易绘制镜面反射间接光照,且测试场景的帧率在 30 帧/秒以上, 满足交互性要求。     

一种基于阴影图的实时软阴影算法

提出了一种基于阴影图技术的实时软阴影生成算法。首先为场景中遮挡物、接收面计算深度缓存，并离散遮挡物成许多微面；接着计算每个微面的阴影深度值，估计微面的可见度；最后计算微面半影范围，将软阴影图投影回场景中，得到实时软阴影。实验结果表明该算法对复杂物体在保证绘制视觉效果的同时,能达到令人满意的帧速率,从而为更复杂场景的实时软阴影绘制提供了有效的解决途径。     

基于GPU的水底阴影

水体的折射使水底阴影产生了扭曲,无法使用常用的阴影生成算法来直接产生水底阴影．提出一种基于GPU的快速水底阴影生成算法,其充分利用了GPU并行处理像素的能力．首先使用普通阴影算法产生水面阴影贴图,然后根据简化的折射公式快速计算出阴影贴图中每个阴影像素点的折射方向,最后利用地形连续性估算出阴影折射线和水底地形的交点来生成水底阴影贴图．实验结果表明,该算法能够在高帧速率的情况下产生真实的视觉效果,非常适用于三维游戏等实时性要求较高的应用．     

Sample Based Visibility for Soft Shadows using Alias‐free Shadow Maps

This paper introduces an accurate real‐time soft shadow algorithm that uses sample based visibility. Initially, we present a GPU‐based alias‐free hard shadow map algorithm that typically requires only a single render pass from the light, in contrast to using depth peeling and one pass per layer. For closed objects, we also suppress the need for a bias. The method is extended to soft shadow sampling for an arbitrarily shaped area‐/volumetric light source using 128‐1024 light samples per screen pixel. The alias‐free shadow map guarantees that the visibility is accurately sampled per screen‐space pixel, even for arbitrarily shaped (e.g. non‐planar) surfaces or solid objects. Another contribution is a smooth coherent shading model to avoid common light leakage near shadow borders due to normal interpolation.     

基于图像与几何空间的实时阴影绘制算法

介绍了基于图像与几何空间的实时阴影绘制算法,使用shadow map处理非阴影边缘区域,使用shadow volume处理阴影边缘区域,既克服了shadow map容易出现的走样现象,在性能上又较shadow volume有了很大提高.在具体实现中,引入了计算掩码技术,以实现对阴影边缘区域的划分.     

Stochastic transparency

Stochastic transparency provides a unified approach to order-independent transparency, antialiasing, and deep shadow maps. It augments screen-door transparency using a random sub-pixel stipple pattern, where each fragment of transparent geometry covers a random subset of pixel samples of size proportional to alpha. This results in correct alpha-blended colors on average, in a single render pass with fixed memory size and no sorting, but introduces noise. We reduce this noise by an alpha correction pass, and by an accumulation pass that uses a stochastic shadow map from the camera. At the pixel level, the algorithm does not branch and contains no read-modify-write loops, other than traditional z-buffer blend operations. This makes it an excellent match for modern massively parallel GPU hardware. Stochastic transparency is very simple to implement and supports all types of transparent geometry, able without coding for special cases to mix hair, smoke, foliage, windows, and transparent cloth in a single scene.     

GPU加速的光滑轮廓线绘制

轮廓线的高效提取是非真实感绘制的一个关键问题。提出了一个完全利用GPU生成光滑轮廓线的高效算法。在几何处理阶段,先根据相邻三角形的法向量与视向量的关系检测出轮廓线,然后对轮廓线进行宽度扩充,同时对轮廓线顶点设置相应的渐变因子;在像素处理阶段把渐变因子转化为相应的alpha值,通过光照生成卡通渲染,最后通过alpha混合得到光滑轮廓线。算法完全在GPU里实现,能满足实时的绘制要求。     

Fast,Sub‐pixel Antialiased Shadow Maps

Solving aliasing artifacts is an essential problem in shadow mapping approaches. Many works have been proposed, however, most of them focused on removing the texel‐level aliasing that results from the limited resolution of shadow maps. Little work has been done to solve the pixel‐level shadow aliasing that is produced by the rasterization on the screen plane. In this paper, we propose a fast, sub‐pixel antialiased shadowing algorithm to solve the pixel aliasing problem. Our work is based on the alias‐free shadow maps, which is capable of computing accurate per‐pixel shadow, and only incurs little cost to extend to sub‐pixel accuracy. Instead of direct supersampling the screen space, we take facets to approximate pixels in shadow testing. The shadowed area of one facet is rapidly evaluated by projecting blocker geometry onto a supersampled 2D occlusion mask with bitmasks fusion. It provides a sub‐pixel occlusion sampling so as to capture fine shadow details and features. Furthermore, we introduce the silhouette mask map that limits visibility evaluation to pixels only on the silhouette, which greatly reduces the computation cost. Our algorithm runs entirely on the GPU, achieving real‐time performance and is an order of magnitude faster than the brute‐force supersampling method to produce comparable 32× antialiased shadows.     

Adaptive Caustic Maps Using Deferred Shading

Caustic maps provide an interactive image-space method to render caustics, the focusing of light via reflection and refraction. Unfortunately, caustic mapping suffers problems similar to shadow mapping: aliasing from poor sampling and map projection as well as temporal incoherency from frame-to-frame sampling variations. To reduce these problems, researchers have suggested methods ranging from caustic blurring to building a multiresolution caustic map. Yet these all require a fixed photon sampling, precluding the use of importance-based photon densities. This paper introduces adaptive caustic maps. Instead of densely sampling photons via a rasterization pass, we adaptively emit photons using a deferred shading pass. We describe deferred rendering for refractive surfaces, which speeds rendering of refractive geometry up to 25% and with adaptive sampling speeds caustic rendering up to 200%. These benefits are particularly noticable for complex geometry or using millions of photons. While developed for a GPU rasterizer, adaptive caustic map creation can be performed by any renderer that individually traces photons, e.g., a GPU ray tracer.     

利用反向投影实现的实时软阴影映射算法

基于阴影映射算法,提出一种利用反向投影实现的实时软阴影的新算法。算法对每个光源都产生对应的阴影图,使用阴影图作为对场景的离散化表示,引入可见因子来计算场景点的亮度信息,并采用GPU片元着色、层次阴影图、自适应精度等方法加速阴影渲染。实验表明,算法非常适合于实时渲染复杂、动态的场景,可以很好地处理遮挡物的融合,并且很容易在可编程图形硬件上实现。     

基于几何着色器的Shadow Volume实时阴影实现

通过几何着色器生成Shadow Volume实时阴影。利用几何着色器能生成新顶点与输出流的特性,将以往由CPU完成的产生封闭阴影体的计算转移到图形处理器中实现。该实现能提高算法渲染效率,可以进一步解放CPU的处理时间。比传统先由CPU生成阴影体雏形的方法更简单,性能更优秀。