三維場景實時陰影算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、作為能增加虛擬場景真實感的關(guān)鍵技術(shù)——光照和陰影實時渲染技術(shù)，在三維游戲，虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)，三維地理信息系統(tǒng)等方面都有廣泛的應(yīng)用。然而，針對體現(xiàn)高真實感的軟陰影算法，雖然在近3年里提出的算法眾多，但是還是存在不少問題，比如無法形成自陰影、需要區(qū)分生成陰影的遮擋體和接受體，忽略光源的大小和形狀、只考慮半影的內(nèi)半影或外半影的渲染等等。本論文基于現(xiàn)代圖形處理器的可編程特性，在吸取三維計算機(jī)圖形學(xué)、計算幾何、科學(xué)計算可視化、虛擬現(xiàn)實的先進(jìn)理論和技術(shù)

2、成果的基礎(chǔ)上，對實時光照陰影技術(shù)進(jìn)行了具體而系統(tǒng)的研究。本論文的主要研究工作有： (1)利用可編程圖形硬件可編程特性，實現(xiàn)了基于Phong 著色模型的逐像素著色光照技術(shù)及基于Gouraud 著色模型的逐頂點光照技術(shù)，這種實現(xiàn)方式與傳統(tǒng)的固定管道實現(xiàn)方式相比，具有靈活性高、真實感強(qiáng)的優(yōu)點。另外雖然固定管道已經(jīng)實現(xiàn)了Gouraud著色模型，但采用可編程圖形硬件的純頂點著色器實現(xiàn)起來速度更快。 (2)分析了目前流行的硬陰影

3、生成算法的實現(xiàn)原理，比較各算法的局限性和優(yōu)越性，并且針對陰影圖算法中由于算法本身所帶來的偏移量問題，提出了自適應(yīng)偏移量算法。該算法只需設(shè)置簡單的幾個參數(shù)，由程序自動分析場景特性取得一個合理的偏移量，這種方法相對于目前存在的解決方案具有不再需要由程序員依據(jù)場景手動調(diào)整偏移量大小的優(yōu)點。 (3)在分析已有的軟陰影算法基礎(chǔ)上，提出一種基于內(nèi)外半影翼的軟陰影算法，該算法擴(kuò)展了chan的光滑翼算法，在物體輪廓邊處構(gòu)成內(nèi)外半影翼，并利用了

4、第二層向光面深度值控制內(nèi)半影的生成，整個算法結(jié)合了陰影體算法及陰影圖算法的特點，并且可根據(jù)光源大小自動調(diào)整半影大小。本文使用可編程圖形硬件實現(xiàn)該算法，實現(xiàn)過程中充分利用圖形硬件的并行處理加速的特性，使算法滿足了實時性要求。 (4)最后，本文從渲染效果，渲染速度及系統(tǒng)運行的要求幾方面與傳統(tǒng)算法進(jìn)行了分析比較。算法渲染效果比chan的光滑翼算法效果更接近于光線跟蹤算法實現(xiàn)的物理精確效果，尤其在重疊場景中能真實反映光源、接受體及遮擋