[發明專利]一種在三維可視化圖形中的陰影渲染方法

有效

• 申請號: 201910013863.5
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109658494B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 趙耀;李泳;雷堯;王瑤瑤
• 申請（專利權）人: 北京達美盛軟件股份有限公司
• 主分類號: G06T15/20
• 分類號: G06T15/20;G06T15/60
• 代理公司: 北京之于行知識產權代理有限公司 11767
• 代理人: 何志欣

本發明涉及一種陰影渲染方法，該方法包括：為要渲染的區域確定第一深度基準面(Z₁)和第二深度基準面(Z₂)，將第一深度基準面(Z₁)和第二深度基準面(Z₂)中相對更靠近光源(300)的第一深度基準面(Z₁)的深度值映射為最大深度基準(Z_max)，將第一深度基準面(Z₁)和第二深度基準面(Z₂)中相對更遠離光源(300)的第二深度基準面(Z₂)的深度值映射為最小深度基準(Z_min)，本發明能夠減少陰影的閃動。

技術領域

本發明涉及陰影渲染方法，尤其涉及一種在三維可視化圖形中的陰影渲染方法。

背景技術

現實場景中，陰影是一種常見的光照現象，通常是指由于光沿直線傳播被不透明物體阻擋而產生的黑暗區域。而在虛擬場景中，由三維建模生成的對象表示的陰影對于大體上可視化屏幕以及檢測對象之間的相對關系是非常重要的。在實時渲染中，目前已有多種陰影渲染算法，這些算法主要分為三類，即全局光照算法、陰影映射算法和陰影體算法，其中以光線追蹤為代表的全局光照算法雖然效果逼真，但計算量巨大，很難進行實時繪制，陰影映射算法和陰影體算法可視為全局光照方法的近似方法。陰影體算法由于對場景中的物體幾何復雜程度有嚴重的依賴，且對場景中物體形狀的構成有嚴格限制，因此適用性較差。而陰影映射算法對場景復雜度幾乎沒有任何限制，并且原理簡單，繪制速度快，使得陰影映射算法成為了目前實時渲染領域最常用的陰影渲染算法，其基本原理是以光源為視點可看到場景中所有被照亮的部分，而光源看不到的區域則是陰影區域。

傳統的陰影映射方法主要分為兩步：

步驟1：以光源位置為視點對整個場景進行繪制，記錄場景中每個可見像素的可見深度，這些可見深度信息代表了某像素上距離光源最近物體與光源之間的距離，將這些可見深度信息儲存后構成深度紋理；

步驟2：從真實視點的角度繪制場景，對于繪制的每個點或者說像素，計算其距離光源的距離或者說實際深度，并將距離光源的距離或者說實際深度與第一步繪制中生成的深度貼圖中相應的深度值進行比較，若距離光源的距離＞可見深度，或者說距離光源的實際深度＞可見深度，則表示該點或者像素與光源之間還有其他物體，該點或者像素位于陰影中，否則，該點或者像素不在陰影中。

為了進行深度比較，每個點或者像素的深度都要處理為[0～1]中的一個數字。根據現有技術的三維場景的陰影生成方法，離光源近的一個基準面為深度為0的基準面，離光源遠的一個基準面為深度為1的基準面，然后基于則兩個基準面來判斷深度。這種基準面的設定方法雖然符合人們的認知習慣，但是導致的問題是靠近1的區域，浮點數精度明顯劣于靠近0的區域，而三維場景中為了讓燈光盡可能地照射到三維場景中的每個點和更好地模擬太陽光接近于平行照射地球的效果，會將燈光設置在遠離三維場景的地方，以致于三維視圖的陰影會出現閃動。而這種閃動不僅會對視覺效果造成影響，還可能影響觀察者的情緒和造成觀察者的視覺疲勞。

發明內容

針對現有技術之不足，本發明提供了一種陰影渲染方法，該方法包括：為要渲染的區域確定第一深度基準面和第二深度基準面，將第一深度基準面和第二深度基準面中相對更靠近光源的第一深度基準面的深度值映射為最大深度基準，將第一深度基準面和第二深度基準面中相對更遠離光源的第二深度基準面的深度值映射為最小深度基準。

根據一個優選實施方式，一種陰影渲染方法，該方法包括：限定要渲染的立體場景的全部或者部分的體的包絡盒，其中，所述包絡盒的垂直于光軸的第一虛擬面和第二虛擬面分別作為第一深度基準面和第二深度基準面，將第一和第二深度基準面中相對更靠近光源的第一深度基準面的深度值映射為最大深度基準，將第一和第二深度基準面中相對更遠離光源的第二深度基準面的深度值映射為最小深度基準。