基于幾何的實(shí)時(shí)繪制反走樣.pdf

1、走樣是由于對(duì)連續(xù)信息進(jìn)行離散采樣、存儲(chǔ)或表示等所導(dǎo)致的一種信號(hào)失真現(xiàn)象，反走樣是計(jì)算機(jī)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(yùn)動(dòng)等各種細(xì)節(jié)，從而提高繪制圖形和生成動(dòng)畫的質(zhì)量，幫助用戶獲得更好的視覺體驗(yàn)。因此，反走樣一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究中的重要課題，在三維計(jì)算機(jī)游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)、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(duì)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(shí)

2、時(shí)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(dāng)前圖形反走樣的研究熱點(diǎn)。該類算法利用場景的光柵化幾何或著色信息進(jìn)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(chǔ)和利用幾何緩存信息，實(shí)現(xiàn)接近超采樣的反走樣效果，是該類算法中一個(gè)重要挑戰(zhàn)。陰影可以反映場景中物體的幾何屬性和相對(duì)位置，是真實(shí)感圖形繪制中的重要組成之一。在實(shí)時(shí)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(shí)際應(yīng)用中存在著嚴(yán)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(gè)重要研究問題。本文針對(duì)實(shí)時(shí)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(jìn)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(chǔ)為屏幕分辨率大小的位圖，大大降低了算法所需的存儲(chǔ)空間，并提高了確定子像素著色信息的準(zhǔn)確性。對(duì)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(bǔ)充。該算法具有良好的兼容性和擴(kuò)展性，巧妙地通過緊湊的幾何緩存實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖形反走樣。
　　針對(duì)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(jí)幾何對(duì)幾何邊界進(jìn)行高質(zhì)量的反走樣重建，又能根據(jù)著色信息對(duì)顏色紋理走

5、樣進(jìn)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(dòng)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(zhǔn)

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(chǔ)，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(jì)算方法進(jìn)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(jì)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(hào)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(duì)基于點(diǎn)采樣的陰影圖對(duì)進(jìn)行線性重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)陰影圖的預(yù)濾波。