基于GPU的軟陰影技術(shù)的研究.pdf

1、在實(shí)時(shí)渲染應(yīng)用中，陰影效果對于增強(qiáng)畫面的真實(shí)感有著非常重要的作用，它不僅有助于我們理解物體間的相對位置關(guān)系和物體的大小，還能幫助我們理解復(fù)雜遮擋物和接收體的幾何信息。近年來，隨著可編程圖形硬件的飛速發(fā)展，基于GPU的實(shí)時(shí)軟陰影繪制技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本文研究了利用可編程圖形硬件進(jìn)行實(shí)時(shí)軟陰影繪制技術(shù)，主要有以下兩方面的工作：一是研究并實(shí)現(xiàn)了最新的陰影繪制算法，研究基于陰影圖的反走樣技術(shù)和軟陰影繪制技術(shù)；二是提出了改進(jìn)的百分比靠近軟

2、陰影算法，能夠?qū)討B(tài)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制，并支持光源、視點(diǎn)以及材質(zhì)屬性的動態(tài)改變。
　　 論文首先介紹了陰影圖算法的數(shù)學(xué)原理和遮擋物的分布理論，并講述了如何通過修改陰影測試函數(shù)或估計(jì)遮擋物的分布曲線來進(jìn)行陰影反走樣和生成邊緣模糊的軟陰影。同時(shí)我們研究、實(shí)現(xiàn)并比較了百分比靠近濾波、方差陰影映射、卷積陰影映射和指數(shù)陰影映射等反走樣技術(shù)，分析了它們存在的問題及解決的辦法。這些反走樣技術(shù)的目的是柔化陰影邊緣，濾波區(qū)域大小是預(yù)先給定的，所以生

3、成的軟陰影中半影區(qū)域大小是固定的。
　　 本文提出的改進(jìn)的百分比靠近軟陰影算法通過遮擋物的查找、半影區(qū)域的估計(jì)和濾波三步來生成半影區(qū)域大小可變化的軟陰影。它是基于百分比靠近濾波內(nèi)核的，隨著濾波內(nèi)核的增大，生成的軟陰影逼真度越高，該算法的關(guān)鍵是通過變化濾波內(nèi)核的大小來獲得高質(zhì)量的軟陰影。在算法的遮擋物查找階段，我們使用泊松圓盤采樣模式來增加像素采樣率，提高了陰影圖的質(zhì)量；在算法的濾波階段，我們使用方差陰影圖來替換原有的線性深度圖，

4、由于方差陰影圖中存儲的是深度的分布值，在生成時(shí)可以使用多重采樣反走樣來提高陰影圖的質(zhì)量，同時(shí)還可以預(yù)先對陰影圖進(jìn)行濾波，支持圖形硬件加速，提高了繪制效率。由于濾波過程中濾波核的大小是通過半影區(qū)域動態(tài)計(jì)算的，我們引入了區(qū)域求和表來對方差陰影圖進(jìn)行動態(tài)濾波，提高了算法的濾波效率。在渲染場景時(shí)，我們使用深度梯度矢量，根據(jù)屏幕空間到紋理空間的轉(zhuǎn)換表達(dá)式計(jì)算得到采樣點(diǎn)的可變深度偏移量，進(jìn)行點(diǎn)采樣比較，用來消除陰影粉刺現(xiàn)象，解決了自陰影問題，從而生