基于幾何的實時繪制反走樣.pdf

1、走樣是由于對連續(xù)信息進行離散采樣、存儲或表示等所導(dǎo)致的一種信號失真現(xiàn)象，反走樣是計算機圖形學(xué)研究的基本問題之一。圖形反走樣可以有效地重建出幾何、紋理、運動等各種細節(jié)，從而提高繪制圖形和生成動畫的質(zhì)量，幫助用戶獲得更好的視覺體驗。因此，反走樣一直是計算機圖形學(xué)研究中的重要課題，在三維計算機游戲、計算機動畫、虛擬現(xiàn)實、影視后期制作等領(lǐng)域具有廣泛和重要的應(yīng)用。
　　隨著各種圖形應(yīng)用對繪制效果和繪制性能要求的不斷提高，延遲著色技術(shù)正成為實

2、時繪制中的主流方法。而傳統(tǒng)的屏幕反走樣技術(shù)與延遲著色技術(shù)不兼容，因此面向延遲著色的后期處理反走樣算法成為當前圖形反走樣的研究熱點。該類算法利用場景的光柵化幾何或著色信息進行反走樣，避免了傳統(tǒng)反走樣方法需要依賴于原始幾何信息的不足。如何高效存儲和利用幾何緩存信息，實現(xiàn)接近超采樣的反走樣效果，是該類算法中一個重要挑戰(zhàn)。陰影可以反映場景中物體的幾何屬性和相對位置，是真實感圖形繪制中的重要組成之一。在實時繪制中，陰影圖算法因其簡單、高效而被廣泛

3、使用。但是，由于陰影圖只是記錄了離散的場景深度信息，在實際應(yīng)用中存在著嚴重的走樣現(xiàn)象。如何高效、高質(zhì)量地生成反走樣陰影，一直是陰影圖算法中的一個重要研究問題。本文針對實時繪制領(lǐng)域中延遲著色和陰影圖算法中存在的各種走樣問題，進行了深入的分析和研究，提出了一系列基于幾何的反走樣創(chuàng)新算法，具體如下:
　　在面向延遲著色的后處理反走樣方面，本文首先提出了一種基于三角形幾何的子像素重建反走樣算法。作為子像素反走樣的幾何依據(jù)，算法將像素的覆蓋

4、三角形與周圍子像素的位置關(guān)系存儲為屏幕分辨率大小的位圖，大大降低了算法所需的存儲空間，并提高了確定子像素著色信息的準確性。對于高頻率幾何區(qū)域，算法使用形態(tài)學(xué)的反走樣方法作為補充。該算法具有良好的兼容性和擴展性，巧妙地通過緊湊的幾何緩存實現(xiàn)高質(zhì)量的圖形反走樣。
　　針對現(xiàn)有各種后處理反走樣算法適用性的局限，本文提出了一種統(tǒng)一的后期處理反走樣算法。該算法既能通過子像素級幾何對幾何邊界進行高質(zhì)量的反走樣重建，又能根據(jù)著色信息對顏色紋理走

5、樣進行形態(tài)學(xué)濾波。此外，我們在屏幕空間濾波的基礎(chǔ)上引入了基于重投影反走樣方法，克服了兩類后處理反走樣算法所導(dǎo)致的像素之間過渡不平滑問題，并解決了動態(tài)場景中可能出現(xiàn)的閃爍問題。與現(xiàn)有后期處理反走樣算法往往只能處理單一類型的走樣相比，上述算法可以在統(tǒng)一的框架下解決不同類型的走樣問題。
　　在陰影圖反走樣算法方面，本文首先提出了一種基于三角形幾何重建的陰影圖算法。在該算法中，陰影圖采用場景的原始三角形表示和記錄陰影遮擋物信息，從而可以準

6、確重構(gòu)出遮擋物深度，避免陰影走樣和深度偏移問題;為了降低三角形幾何的冗余存儲，提出了一種基于GPU的幾何緩存壓縮方法;最后使用一種打包式陰影計算方法進一步降低訪存開銷。為了解決幾何信息不完整所造成的陰影瑕疵，本文使用線性外插估計遮擋物深度。作為一種基于幾何的陰影圖算法，該算法能夠高效地生成高質(zhì)量陰影。
　　從離散信號重構(gòu)的角度出發(fā)，本文提出了一種高效的線性陰影圖算法。該算法對基于點采樣的陰影圖對進行線性重構(gòu)，實現(xiàn)對陰影圖的預(yù)濾波。