基于多層深度圖的軟陰影生成算法.pdf

1、隨著計算機硬件的不斷提高以及計算機圖形學的飛速發(fā)展，計算機圖形學在虛擬現實，計算機動畫游戲設計和電影制作等領域有越來越廣泛的應用。更高的質量，更快的速度一直是計算機圖形學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的結果。陰影作為真實感表現中不可或缺的一部分，對結果的起至關重要的作用，正因如此，如何得到更高質量的陰影表現一直是圖形學界所研究的重點。
　　 關于陰影的研究，有許多

2、不同的算法，每種算法都有其針對性，總體分為本影和半影，離線渲染和實時渲染等。由于早期硬件條件有限，關于陰影的研究更多集中在本影的實現上。隨著計算機硬件不斷發(fā)展以及對結果質量的要求不斷提高，研究工作更集中在半影，以及透明物體陰影的實現。另外，針對離線渲染和實時渲染等不同渲染框架，往往需要不同的陰影生成算法。在現今的硬件條件和網絡資源環(huán)境下，為陰影算法的研究提供了新的契機。
　　 陰影圖算法一直是實現陰影的基本算法，人們針對這一算法

3、做了大量的研究改進工作。該算法不需要考慮場景內復雜的幾何形狀，只需要將場景信息存儲在陰影圖里，但其缺點在于由于陰影圖的構建只針對點光源，所以不能實現半影效果;另外產生的陰影受陰影圖精度的影響容易產生鋸齒，結果失真嚴重。針對這些問題，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建，來還原并簡化場景，描述在面光源條件下半影的表現;另一方面實現光線穿過透明物體時由于能量損失所產生的陰影效果。本文在863重點課題“真實感動漫渲染系統(tǒng)研

4、究與應用”的支持下，在Bleman開源渲染器中進行代碼的設計與實現，最終結果與商業(yè)界Maya渲染器進行對比，得到較為理想的結果。
　　 本文主要內容分為兩個部分:
　　 1.多層陰影圖構建:本文涉及的實驗平臺所使用的渲染引擎是一種符合RenderMan標準的離線渲染引擎，關注渲染高質量的結果，本文通過修改渲染流程中陰影的可見度值來實現陰影效果，并且陰影效果的計算對其他流程沒有任何影響。該部分主要分為兩步:第一步實現不透明

5、物體的軟影效果，在此部分中通過光線跟蹤技術實現對場景的重構工作;第二步實現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所產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算時間和遍歷時間，采用控制點壓縮技術和四叉樹算法對陰影圖進行進一步優(yōu)化;為了盡可能減少陰影圖精度對結果造成的影響，提出自適應算法使得陰影圖能夠在不同深度下根據需要自適應的調整精度，從而減少