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。     

阴影绘制中的PSSM与VSM混合算法

在三维阴影绘制中,平行分割阴影图( PSSM)算法存在第一个分割区域过小而导致锯齿现象的缺陷,方差阴影图( VSM)算法则会引起严重的光渗现象。针对以上不足,提出一种结合PSSM与VSM的混合算法。通过设置扩大系数解决PSSM算法首个分割区域不足的问题,加入模糊处理,重复渲染过渡区域,以减少边界锯齿现象,采用MRT技术减少VSM算法在渲染时引起的光渗现象。由分割方法、渐进方式、纹理大小及混合算法阴影图绘制效果等方面的实验结果表明,与PSSM等算法相比,该算法绘制的阴影图质量有较大提高。     

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.     

布告板云树木模型的阴影快速生成与绘制

阴影是树木的重要视觉特征,对提高树木绘制的真实感具有重要意义,同时阴影算法的效率也是影响树木绘制效率的重要因素.文中针对树木建模中广泛应用的布告板云(Billboard Cloud)树木模型的特点,提出了BillboardCloud树木模型阴影快速生成与真实感绘制算法.在传统阴影图算法基础上,采用深度变换的方法解决了Billboard的自遮挡问题,使用阴影图滤波和屏幕阴影图滤波相结合的方法实现了树木软影效果,并利用图形硬件的多绘制目标功能对上述算法流程进行了优化,以提高算法效率.最后以SpeedTree树木模型为例进行了实验,结果表明,文中算法生成的Billboard cloud树木阴影真实感强,且具有较高的效率.     

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。     

视野驱动的自适应阴影图

阴影图是当前实时阴影绘制中的一种经典算法。该算法基于图像空间,当有限分辨率的阴影图映射到较大场景中时,就会由于采样不足造成锯齿形变走样。提出了一种实时的反走样阴影图算法,该算法首先获取当前视点所能够看到的场景范围,然后绘制该范围内的阴影图,并映射到场景中生成实时阴影。该方法同经典的阴影图算法相比,避免了场景中不必要的阴影绘制,提高了阴影图的利用率,反走样的效果很好。而且,该方法只需要绘制一到两幅阴影图,算法的实时性很强,可以满足一个上百万面片的大规模场景中实时阴影绘制的需要。     

高次幂函数逼近的阴影图反走样算法

针对传统阴影图算法由于阴影贴图分辨率的约束而在阴影的边缘会出现走样现象的问题,提出一种基于高次幂函数逼近的预滤波阴影图反走样算法.该算法使用高次幂函数来逼近传统阴影图中的深度比较函数,并对高次幂函数进行泰勒展开,在展开的各项上分别进行预滤波;在绘制过程中,利用泰勒展开式计算得到的数值代替传统阴影图中的深度比较函数得到的二值结果,从而实现了对阴影边缘的反走样.实验结果表明,该算法在现有图形硬件中能够达到很好的效果.     

高质量快速百分比邻近滤波软影算法

在基于实时绘制的各种应用中,百分比邻近滤波软影算法可以高效地绘制视觉真实的软影效果.针对该算法中存在的3个主要问题,提出一种具有高质量阴影滤波的高效百分比邻近滤波软影算法.首先通过多尺度阴影图数据结构精简搜索区域,提升了遮挡物深度估计的正确性;然后使用基于GPU的线性四叉树遍历算法快速计算遮挡物平均深度,节省了大量的纹理采样开销,大大提高算法效率;最后采用光滑阴影滤波算法,解决了百分比邻近滤波算法中的走样瑕疵.将文中算法集成入多阴影图算法框架可以取得接近物理真实的软影效果.实验结果表明,该算法在效率和阴影质量方面均取得了显著的进步.     

基于GPU的光源空间平行分割阴影图算法

针对平行分割阴影图算法中当光线方向与视线方向不垂直时,场景中对象被冗余渲染到多层阴影图中的问题,提出一种基于GPU的光源空间平行分割阴影图算法.在光源空间中,利用光源视锥体将场景划分为不相交的多层区域,利用GPU为各层生成阴影图,以确保场景采样点不在多层阴影图中重复出现;同时给出了一种快速综合场景阴影效果的绘制方法,通过避免判断像素层次的操作提高了GPU的利用率.实验结果表明,文中算法解决了平行分割阴影图算法的冗余渲染问题,提高了渲染效率和场景阴影质量.     

基于GPU的网格模型平滑阴影的实时绘制

为了绘制边界平滑的阴影效果,增强虚拟场景的真实感,提出一种基于GPU的平滑阴影实时绘制的算法.该算法通过重新定义阴影轮廓线得到网格模型上的精确阴影轮廓边界,利用阴影体算法获得边界平滑的阴影区域;阴影轮廓线的计算生成及阴影Ⅸ域的绘制等过程利用GPU进行加速,可以实时绘制物体的阴影区域.实验结果表明,文中算法生成的阴影边界比已有算法更加平滑,并且在效率方面强于其他算法.     

Shadow geometry maps for alias-free shadows

Shadow maps sample scene visibility in the light source space and offer an efficient solution to generate hard shadows.However,they suffer from aliasing artifacts because of discretization errors,inadequate resolution and projection distortion.In this paper,we propose the shadow geometry map method,where a shadow depth map is augmented by storing geometry information about scenes.This leads to a new shadowrendering algorithm that combines a supersampling filter,a geometry-aware reconstruction kernel and an irregular sampling filter.Our method produces high quality alias-free and subpixel supersampling shadow rendering and retains the simplicity and the efficiency of shadow maps.We show that the algorithm pipeline is efficiently parallelized using current programmable graphics hardware and that our method is capable of generating high quality hard shadows.     

基于可编程图形硬件的实时阴影算法及实现

阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。随着计算机图形硬件的发展，利用可编程图形硬件加速并提高渲染效果已经成为主要发展趋势。基于当前可编程图形硬件技术，针对目前shadow maps算法存在的问题，提出了一种根据场景特征程序自动生成合适偏移量的实时的阴影生成算法，该算法很好的改善了阴影渲染效果，防止了走样。最后给出了算法基于GLSL着色语言的实现代码。     

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.     

Rendering Soft Shadows using Multilayered Shadow Fins

Generating soft shadows in real time is difficult. Exact methods (such as ray tracing, and multiple light source simulation) are too slow, while approximate methods often overestimate the umbra regions. In this paper, we introduce a new algorithm based on the shadow map method to quickly and highly accurately render soft shadows produced by a light source. Our method builds inner and outer translucent fins on objects to represent the penumbra area inside and outside hard shadows, respectively. The fins are traced into multilayered light space maps to store illuminance adjustment to shadows. The viewing space illuminance buffer is then calculated using those maps. Finally, by blending illuminance and shading, a scene with highly accurate soft shadow effects is produced. Our method does not suffer from umbra overestimation. Physical relations between light, objects and shadows demonstrate the soundness of our approach.     

融合阴影图和深度划分阴影体的阴影渲染算法

阴影图算法可以简单、快速地渲染硬阴影,但该算法渲染的硬阴影会在边缘区域出现锯齿状走样。受此影响,基于阴影图算法渲染的柔和阴影,在小尺寸半影区域依然可能会出现锯齿状走样。因此,要渲染无走样的柔和阴影,需要精确计算阴影边缘区域的着色点对点光源的可见性。深度划分阴影体算法可以精确地计算着色点对点光源的可见性,但其不仅在效率上不及阴影图算法,还无法实现柔和阴影渲染。针对上述问题,提出一种融合阴影图和深度划分阴影体的阴影渲染算法,对处于阴影边缘区域的着色点,使用深度划分阴影体算法精确计算该着色点对点光源的可见性;对其他着色点,使用阴影图算法快速计算该着色点对点光源的可见性。最后,将着色点的可见性值存储在可见性图中并滤波即可实现无走样柔和阴影的渲染。     

适用于复杂动态场景的快速阴影算法

3D场景中阴影的使用可以提高图像的真实感,文章详细的分析了平面阴影算法和阴影体算法两种阴影算法原理,并给出了数学推导和实现方法。综合使用这两种算法,借助碰撞检测技术中的包围盒原理,文章提出了适用于复杂场景阴影快速算法,还针对动态场景光源变换逆矩阵求解复杂的问题,给出了一种快速确定光源位置的求解方法。经试验证实,该算法既能够较为真实绘制阴影,又缩短了绘制时间,提高了效率。