[發明專利]一種通用的陰影圖生成陰影的方法

有效

• 申請號: 201510336330.2
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104966297B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 馮結青;杜文俊;梅井翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/507
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及計算機圖形學陰影繪制領域，具體涉及一種通用的陰影圖生成陰影的方法。

背景技術

陰影是現實世界的重要元素之一，也是合成圖像真實感繪制中不可缺少的一部分。它承載了場景中光源位置、光線傳遞方向等重要信息。盡管陰影繪制算法已經是計算機圖形學中一個經典的問題，但如何高效而魯棒地生成陰影的問題并沒有完全得到解決。繪制陰影的兩種主流算法分別是陰影圖算法和陰影體算法，分別代表了基于圖像和基于幾何的兩種硬陰影生成思路。其中陰影圖算法的最大特點使簡單高效，而且算法性能基本獨立于場景復雜度。另外，陰影體算法由于需要提取場景物體的幾何輪廓線，故只能應用在幾何為多邊形的場景中；而陰影圖算法可以使用于任何可以被光柵化的場景幾何中，使用限制更少。因此陰影圖算法稱為了大多數實時應用中生成陰影的選擇。

原始陰影圖算法最大的間題是陰影走樣。為了解決這一問題，現有的陰影圖算法按照設計思路的不同主要可以分為扭曲/擬合、z-分割、自適應分割、走樣消除等類型。其中扭曲/擬合(Lloyd D B，Govindaraju N K，Quammen C，et al.Logarithmic perspective shadowmaps[J].ACM Transactions on Graphics，2008，27(4)：Article No.106)和z-分割(Lloyd D B，Tuft D，Yoon S e，et a1.Warping and Partitioning for Low ErrorShadow Maps[C].Proceedings of the 17th Eurographics Conference on RenderingTechniques.Aire-la-Ville：Eurographics Association Press，2006：215-226)的方法雖然效率較高，但它們只能使走樣均勻地分布在場景中，走樣的處理效果依然嚴重依賴于分辨率的大小，并且扭曲/擬合方法并不能處理投影走樣。自適應分割(Fernando R，Fernandez S，Bala K，et al.Adaptive shadow maps[C].Proceedingsof the28th annual conference on Computer graphics and interactive techniques(SIGGRAPH’01).New York：ACM Press，2001：387-390)和走樣消除(Aila T，Laine S.Alias-free shadow maps[C].Proceedings of the Fifteenth Eurographicsconference on Rendering Techniques.Aire-la-Ville：Eurographics AssociationPress，2004：161-166)等算法理論上能夠完全避免陰影圖的走樣問題，但是算法效率較低，在實時應用中直接發揮的作用并不大。另一方面，相比原始陰影圖算法只需要存儲一張單通道的深度圖，z-分割、自適應分割和走樣消除等方法都需要較多額外的陰影圖存儲空間。

發明內容

本發明要解決的技術問題是設計一種通用的陰影圖生成陰影的方法，幫助其它陰影圖算法改進陰影生成質量和算法性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種通用的陰影圖生成陰影的方法，包括：

(1)對去像素化輪廓線重建技術中的輪廓線模板進行預計算得到輪廓線采樣點查找表；

(2)從光源空間繪制場景，結合基于均勻點采樣的陰影圖算法獲得第一陰影圖，在x和y方向各偏移半個紋素大小得到第二陰影圖，第一陰影圖和第二陰影圖構成線性陰影圖；

(3)從視域空間繪制場景，將像素變換到光源空間，并把像素分類為輪廓線像素和非輪廓線像素；

(4)對于非輪廓線像素使用線性插值計算遮擋物深度，比較深度值得到陰影結果；對于輪廓線像素，通過局部的相似性關系在預先構建的輪廓線采樣點查找表中讀取輪廓線采樣點，根據像素坐標與輪廓線采樣點的位置關系，得到陰影結果。