基于多層深度圖的軟陰影生成算法.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷提高以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在虛擬現(xiàn)實(shí)，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫游戲設(shè)計(jì)和電影制作等領(lǐng)域有越來越廣泛的應(yīng)用。更高的質(zhì)量，更快的速度一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究人員不斷追求的。為此，人們不斷提出新的幾何模型，渲染算法，以求在有限的硬件條件下得到更為真實(shí)的結(jié)果。陰影作為真實(shí)感表現(xiàn)中不可或缺的一部分，對(duì)結(jié)果的起至關(guān)重要的作用，正因如此，如何得到更高質(zhì)量的陰影表現(xiàn)一直是圖形學(xué)界所研究的重點(diǎn)。
　　 關(guān)于陰影的研究，有許多

2、不同的算法，每種算法都有其針對(duì)性，總體分為本影和半影，離線渲染和實(shí)時(shí)渲染等。由于早期硬件條件有限，關(guān)于陰影的研究更多集中在本影的實(shí)現(xiàn)上。隨著計(jì)算機(jī)硬件不斷發(fā)展以及對(duì)結(jié)果質(zhì)量的要求不斷提高，研究工作更集中在半影，以及透明物體陰影的實(shí)現(xiàn)。另外，針對(duì)離線渲染和實(shí)時(shí)渲染等不同渲染框架，往往需要不同的陰影生成算法。在現(xiàn)今的硬件條件和網(wǎng)絡(luò)資源環(huán)境下，為陰影算法的研究提供了新的契機(jī)。
　　 陰影圖算法一直是實(shí)現(xiàn)陰影的基本算法，人們針對(duì)這一算法

3、做了大量的研究改進(jìn)工作。該算法不需要考慮場景內(nèi)復(fù)雜的幾何形狀，只需要將場景信息存儲(chǔ)在陰影圖里，但其缺點(diǎn)在于由于陰影圖的構(gòu)建只針對(duì)點(diǎn)光源，所以不能實(shí)現(xiàn)半影效果;另外產(chǎn)生的陰影受陰影圖精度的影響容易產(chǎn)生鋸齒，結(jié)果失真嚴(yán)重。針對(duì)這些問題，本文提出一種多層陰影圖的方法，一方面通過多層陰影圖的構(gòu)建，來還原并簡化場景，描述在面光源條件下半影的表現(xiàn);另一方面實(shí)現(xiàn)光線穿過透明物體時(shí)由于能量損失所產(chǎn)生的陰影效果。本文在863重點(diǎn)課題“真實(shí)感動(dòng)漫渲染系統(tǒng)研

4、究與應(yīng)用”的支持下，在Bleman開源渲染器中進(jìn)行代碼的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，最終結(jié)果與商業(yè)界Maya渲染器進(jìn)行對(duì)比，得到較為理想的結(jié)果。
　　 本文主要內(nèi)容分為兩個(gè)部分:
　　 1.多層陰影圖構(gòu)建:本文涉及的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所使用的渲染引擎是一種符合RenderMan標(biāo)準(zhǔn)的離線渲染引擎，關(guān)注渲染高質(zhì)量的結(jié)果，本文通過修改渲染流程中陰影的可見度值來實(shí)現(xiàn)陰影效果，并且陰影效果的計(jì)算對(duì)其他流程沒有任何影響。該部分主要分為兩步:第一步實(shí)現(xiàn)不透明

5、物體的軟影效果，在此部分中通過光線跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)場景的重構(gòu)工作;第二步實(shí)現(xiàn)透明物體的軟影效果，在此部分中通過光照模型模擬光線穿過透明物體時(shí)所產(chǎn)生的能量損失來模擬其軟影效果。
　　 2.多層陰影圖優(yōu)化:該部分主要分為兩步:為了盡可能減少陰影圖的計(jì)算時(shí)間和遍歷時(shí)間，采用控制點(diǎn)壓縮技術(shù)和四叉樹算法對(duì)陰影圖進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化;為了盡可能減少陰影圖精度對(duì)結(jié)果造成的影響，提出自適應(yīng)算法使得陰影圖能夠在不同深度下根據(jù)需要自適應(yīng)的調(diào)整精度，從而減少