具有散射效果的室内外光束实时绘制

依据空气散射的物理原理,提出一种高效的能够实时模拟动态自然光束的真实感绘制方法.首先推导出散射计算的解析表达式以取代传统的数值积分方法;然后基于 GPU 特点设计了一种有效的光束体表示,作为光束体和阴影体统一形式共同参与 GPU 着色器的运算,从而生成具有阴影效果的光束.该方法不仅可以模拟单个光源形成的光束,还可以实时模拟动态太阳光源产生的多个自然光束.由于采用了 GPU 加速计算,可以满足实时应用需求.     

GPU在实时阴影绘制中的应用

实时阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。阴影体算法是实时阴影绘制中效果非常理想的一种方法。但是随着场景复杂度的增加,该算法计算量比较大,将导致绘制效率的降低。另一方面,随着可编程GPU技术的发展,GPU的渲染速度远远大于CPU,为提高三维场景的渲染效率提供了更大的空间。在此基础上,介绍了一种在GPU上生成阴影体的方法,加速实时阴影绘制。利用图形硬件的图形处理单元（GPU）的运算能力和可编程性,将生成阴影体的大量计算从CPU转移到GPU,从而有效地提高实时阴影的绘制效率。     

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.     

真实感海底场景的实时绘制

海底场景的仿真对于动画游戏、海洋勘测、航海驾驶、灾害救援等有着重要的应用意义。由于涉及更加复杂的海水与光线、地形等的交互,海底场景中的复杂刻蚀、光束、散射等效果是实时绘制海底场景的难点。基于海底环境的物理机理,首先提出基于线框绘制模式结合高斯滤波的方法来模拟精细的刻蚀效果,采用贴近真实的散射相位函数计算海底散射来模拟水下海水颜色,采用柱面组织的光束算法来模拟海底光线效果,并进一步给出一种基于空间划分的海底场景绘制优化方案,最后基于GPU加速技术实现了不同情况下的真实感海底场景的实时绘制。     

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的近似软影实时绘制

通过对阴影图算法进行扩展,提出一种完全基于GPU的近似软影实时绘制算法,它是一种3遍算法:第一遍从光源中心计算场景的深度图;第二遍采用几何着色器提取物体的轮廓边,同时在轮廓边上生成新的几何图元,利用硬件自动插值功能向外绘制线性近似半影图,并根据第一遍得到的深度图在像素着色器中对背面轮廓形成的半影区进行剔除;对于重叠的半影区设定片元的伪深度值,利用硬件进行自动融合.第三遍分别查询深度图和半影图,确定场景的本影区以及半影区中像素的亮度,从而得到面光源照射下场景的近似软影效果.     

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.     

基于重要性采样的动态场景全频阴影实时绘制算法

由于环境光源下的柔和阴影绘制需要针对每像素对来自全景方向的上千个光源进行昂贵的可见性计算,这给实时绘制带来了巨大的挑战.在消除预计算的前提下,提出了一种环境光源下动态场景全频阴影实时绘制算法.通过基于光照强度的环境图重要性采样、场景几何信息近似采样、阴影图预滤波、BRDF重要性采样等方法,实现了环境光源下动态场景的全频阴影及其环境映射绘制.实验表明,算法可满足环境光源、场景物体及其材质动态变化的要求,并可在保证实时绘制效率的前提下,取得近似于预计算算法的绘制质量.     

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。     

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。