基于阴影图的阴影生成算法研究现状

阴影效果在计算机图形的真实感显示中非常重要,而阴影图算法又是阴影算法的主流.文中对阴影图算法展开了系统的研究,特别是对该领域近几年的发展进行综述,从阴影图数量、参数化和内容三个方面总结归纳了各类阴影图算法的基本思想、特点及其应用环境.综合考虑以上三个方面后对特定的场景选择合适的阴影图算法,除了选择场景外,还包括光源类型、内存消耗、实时性要求、硬件支持及特殊阴影要求等.最后结合当前的技术发展和应用需求展望了阴影图领域未来的研究方向.     

基于GPU的大规模场景实时阴影绘制

阴影绘制中,阴影图算法因不依赖于场景,绘制效率高已成为了大规模实时阴影绘制的主流算法。针对平行分割阴影图算法存在首个分割区域过小,而方差阴影图存在"光渗"问题,细致分析了在大规模场景中,实时阴影绘制的各种改进算法,提出了一种基于平行分割阴影图算法和方差阴影图算法结合的混合算法。实验结果表明,新的混合算法既提高了阴影绘制效率,又明显改善了阴影的质量。     

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。     

基于高度梯度图的微结构表面阴影绘制方法

针对带有微结构表面的几何模型建模困难、模型复杂度高,导致现有阴影绘制算法效率差的问题,提出一种基于高度梯度图的阴影实时绘制方法.为实现实时渲染,首先给出一种微结构描述模型,通过将微结构高度场映射到低精度模型表面来描述复杂微结构模型;然后定义微结构高度梯度图,并据此构建可见点的局部最高点集合.在阴影绘制阶段,通过实时计算梯度空间局部最高点集合遮挡来生成细节阴影.整个阴影绘制算法在图像空间完成,较好地利用了延迟着色的思想和GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的自阴影效果.     

透视-曲变阴影图

文中提出一种高质量硬阴影生成算法——透视-曲变阴影图(P-DSMs)算法,其使用曲变阴影图(DSMs)算法和LiSPSMs算法进行相互改进,结合了DSMs和LiSPSMs 2种算法的优点.首先使用DSMs对LiSPSMs的阴影生成结果进行了优化,降低了阴影生成时对近切面参数的依赖性;然后利用LiSPSMs弥补DSMs自身对视点无关方面的缺陷,即当视点靠近阴影时DSMs阴影质量不够理想.文中方法利用采样重分布思想去除阴影边缘走样,对视点信息的变化具有良好的适应性.实验结果表明,P-DSMs算法能结合视点信息动态地优化阴影生成质量,即使在视点十分靠近阴影时也能渲染出高质量的阴影.     

基于GPU的实时深度图像前向映射绘制算法

提出一种完全基于GPU(graphics processing unit)的实时深度图像绘制流程.该方法利用GPU的并行计算特性对深度图像的绘制过程进行加速.推导出一种在vertex shader上进行的三维前向映射方法,对输入像素进行前向映射,以得到更高的绘制性能,并利用图形硬件流水线的光栅化功能高效地进行图像的插值重构,以得到连续无洞的结果图像.在pixel shader上进行逐像素的光照计算,生成高品质的光照效果.实验表明,该方法可以高速地进行满屏绘制,准确地保留物体轮廓信息和正确的遮挡关系.还实现了基于该方法的实时漫游系统.该系统能够实时地绘制多个基于柱面深度图像表示的对象,并能对其进行视相关的动态LOD(level of detail)操作.     

基于GPU的球面深度图实时绘制

提出了一种GPU加速的实时基于图像的绘制算法.该算法利用极坐标系生成对物体全方位均匀采样的球面深度图像;然后根据推导的两个预变换公式将单幅球面深度图像预变换到物体包围球的一个与视点相关的切平面上,以生成中间图像;再利用纹理映射生成最终目标图像.利用现代图形硬件的可编程性和并行性,将预变换移植到Vertex Shader来加快绘制速度;利用硬件的光栅化功能来完成图像的插值,以得到连续无洞的结果图像.此外,还在Pixel Shader上进行逐像素的光照以及环境映射的计算,生成高质量的光照效果.最终,文章解决了算法的视点受限问题,并设计了一种动态LOD(Level of Details)算法,实现了一个实时漫游系统,保持了物体间正确的遮挡关系.     

GPU加速的物体空间线绘制算法

提出一种网格模型线绘制的GPU加速算法,其在物体空间进行计算,避免了图像空间计算的不连续性.提出了GPU加速物体空间线绘制的通用算法框架,理论上对任何特征线定义均可以按照该框架实现GPU加速的特征线绘制;基于该框架,实现了轮廓线与光极线(photic extremum lines,PEL)2种特征线的GPU加速绘制.实...     

基于层级图分割的视频分割

我们提出了一个全新的视频分割的方法。它不仅效率很高,而且,可以为任意长的视频生成结果。首先,我们将每一帧图像利用超像素的方法进行预分割。然后,利用基于图的层级分割的方法,将每一帧的预分割进一步分割成不同的区域。预分割中光流分析的方法保证了分割结果的时间空间一致性。在利用这种方法对视频进行分割的时候,我们只要根据上一帧的结果就可以计算下一帧,所以,我们可以针对任意长度的视频进行分割。     

结合层次遮挡图和图像缓存的快速消隐绘制算法

随着虚拟现实技术应用的日益广泛,场景的规模越来越大,虚拟场景画面的实时显示成为整个虚拟现实系统成败的关键技术。提出了一个结合层次遮挡图和图像缓存的快速消隐绘制算法,该算法不仅在图形绘制速度和图像质量之间获得了一个很好的折衷,而且可适合各种复杂度场景的快速绘制需要。对可能可见的近景、中景使用几何绘制,对可能可见的远景实现了图像和几何混合的加速绘制。实验表明,该算法在实践中具有良好的效果。     

方差阴影图中的光渗现象消除算法

方差阴影图算法使用概率的方法计算像素被遮挡的上限概率,通过对深度图滤波的方法来有效地减少阴影图算法中的走样问题,但在深度比较复杂的场景中方差阴影图算法会出现光渗现象,即在应该是阴影的区域却有了亮度.文中使用最小-最大阴影图来辅助消除方差阴影图中的光渗现象,在对深度纹理进行滤波的同时生成一个最小-最大阴影图;在实时绘制场景时,利用最小-最大阴影图来辅助判断当前片元是否完全处在阴影区域内部,由此生成更真实、更准确的阴影.该算法可以很容易地添加到已有的方差阴影图算法的片元处理程序中,并且不会对原有阴影的柔和边界以及绘制的帧率产生影响.     

Soft Shadow Maps: Efficient Sampling of Light Source Visibility

Shadows, particularly soft shadows, play an important role in the visual perception of a scene by providing visual cues about the shape and position of objects. Several recent algorithms produce soft shadows at interactive rates, but they do not scale well with the number of polygons in the scene or only compute the outer penumbra. In this paper, we present a new algorithm for computing interactive soft shadows on the GPU. Our new approach provides both inner‐ and outer‐penumbra for a modest computational cost, providing interactive frame‐rates for models with hundreds of thousands of polygons. Our technique is based on a sampled image of the occluders, as in shadow map techniques. These shadow samples are used in a novel manner, computing their effect on a second projective shadow texture using fragment programs. In essence, the fraction of the light source area hidden by each sample is accumulated at each texel position of this Soft Shadow Map. We include an extensive study of the approximations caused by our algorithm, as well as its computational costs.     

基于数据修正的实时阴影反走样算法

基于百分比渐近滤波（PCF）算法,提出一种改进的实时阴影反走样算法——数据修正PCF算法,其主要思想是在双线性插值滤波前对插值的数据进行必要的修正,从而消除阴影中的一些锯齿形走样现象．该算法利用像素渲染器PS2．0在图形硬件上实现．从实例图片可以看出,文中算法产生的许多阴影边界走样现象得到了明显的改善．     

联合两种颜色空间的阴影检测算法

在视频监控的运动检测中,由于光照、风吹等影响,运动阴影常常被误认为运动对象。为了有效解决动态背景下运动目标中存在的阴影问题,提出了一种归一化的RGB颜色空间和HSV颜色空间相结合的阴影消除方法。该方法首先在归一化RGB颜色空间下用背景减除法得到运动目标,然后在HSV空间下对阴影进行检测和消除,从而得到真实运动目标。实验结果证实：该方法在运动目标检测及跟踪方面取得了较好的效果,对动态背景的视频,能准确、实时地检测出阴影并进行消除。     

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．     

基于梯形阴影映射技术的平截头体交汇算法

阴影映射是在三维计算机图形中加入阴影的过程,在三维动画中有广泛的应用,但该算法容易产生走样,使用一种基于梯形阴影映射的平截头体交汇算法,对阴影映射进行了反走样处理。实验表明,该方法对于阴影映射分辨率和它们之间平滑过渡的总体能够有很好的把握和控制,能够生成高质量的阴影。     

Light Space Cascaded Shadow Maps Algorithm for Real Time Rendering

Owing to its generality and efficiency.Cascaded Shadow Maps(CSMs) has an important role in real-time shadow rendering in large scale and complex virtual environments.However,CSMs suffers from redundant rendering problem—objects are rendered undesirably to different shadow map textures when view direction and light direction are not perpendicular.In this paper,we present a light space cascaded shadow maps algorithm.The algorithm splits a scene into non-intersecting layers in light space,and generates one shadow map for each layer through irregular frustum clipping and scene organization,ensuring that any shadow sample point never appears in multiple shadow maps.A succinct shadow determination method is given to choose the optimal shadow map when rendering scenes.We also combine the algorithm with stable cascaded shadow maps and soft shadow algorithm to avoid shadow flicking and produce soft shadows.The results show that the algorithm effectively improves the efficiency and shadow quality of CSMs by avoiding redundant rendering. and can produce high-quality shadow rendering in large scale dynamic environments with real-time performance.     

A Geometric Analysis of Light Field Rendering

Recently, many image-based modeling and rendering techniques have been successfully designed to render photo-realistic images without the need for explicit 3D geometry. However, these techniques (e.g., light field rendering (Levoy, M. and Hanrahan, P., 1996. In SIGGRAPH 1996 Conference Proceedings, Annual Conference Series, Aug. 1996, pp. 31–42) and Lumigraph (Gortler, S.J., Grzeszczuk, R., Szeliski, R., and Cohen, M.F., 1996. In SIGGRAPH 1996 Conference Proceedings, Annual Conference Series, Aug. 1996, pp. 43–54)) may require a substantial number of images. In this paper, we adopt a geometric approach to investigate the minimum sampling problem for light field rendering, with and without geometry information of the scene. Our key observation is that anti-aliased light field rendering is equivalent to eliminating the double image artifacts caused by view interpolation.Specifically, we present a closed-form solution of the minimum sampling rate for light field rendering. The minimum sampling rate is determined by the resolution of the camera and the depth variation of the scene. This rate is ensured if the optimal constant depth for rendering is chosen as the harmonic mean of the maximum and minimum depths of the scene. Moreover, we construct the minimum sampling curve in the joint geometry and image space, with the consideration of depth discontinuity. The minimum sampling curve quantitatively indicates how reduced geometry information can be compensated by increasing the number of images, and vice versa. Experimental results demonstrate the effectiveness of our theoretical analysis.     

基于GPU的实时超分辨率算法实现

高分辨率显示设备的发展意味着需要高分辨率的图象与之匹配。本文通过GPU,实现了一种实时超分辨率,使分辨率较低的视频资料在高分辨率显示设备上有较好的显示效果。