基于GPU的大規(guī)模場景實時陰影繪制.pdf

1、陰影是三維場景中的重要因素，它不僅可以提供三維空間中物體的幾何特征和位置信息，更能增強(qiáng)場景真實感。陰影圖(Shadow Maps)方法作為一種基于圖像域的陰影繪制方法，具有效率高、復(fù)雜度不依賴于場景的特點；但走樣現(xiàn)象嚴(yán)重影響其應(yīng)用前景，而且，大規(guī)模實時動態(tài)的陰影繪制算法中，真實感和實時性之間如何取得平衡，也是目前所面臨的主要難題之一。
　　 本文從真實感和實時性兩方面出發(fā)，對陰影圖算法進(jìn)行改進(jìn)，主要研究和創(chuàng)新性如下：
　　

2、 詳細(xì)介紹了可編程圖形硬件技術(shù)和陰影生成技術(shù)的概念及應(yīng)用，并著重比較了實時陰影繪制技術(shù)中的陰影圖算法、陰影體算法、平行分割陰影算法、方差陰影圖算法的優(yōu)劣。同時在分析相關(guān)算法的基礎(chǔ)上，采取微軟公司的DirectSDK及VS2005作為實驗平臺，HLSL著色語言對上述算法具體實現(xiàn)。
　　 針對大規(guī)模場景陰影繪制算法PSSM的缺陷，本文作出如下改進(jìn)，首先在場景模型數(shù)據(jù)的生成采取LOD技術(shù)，并以Z值來組織模型數(shù)據(jù)，深度值越高的部分，采

3、用越簡單模型，離視點越近的位置，則采用全細(xì)節(jié)模型，該部分屬于預(yù)處理部分，并不占用繪制時的開銷。其次，考慮到視椎體分割存在首個分割空間不足分割及分層后邊界區(qū)域產(chǎn)生的不連續(xù)，跳躍性走樣的缺點，提出一種新的視錐體的分層位置確定的方法，該方法首先利用PCSS的半影公式計算半影區(qū)域，并以該區(qū)域的尺寸作為首個空間的擴(kuò)大系數(shù)，然后采取一種等比數(shù)列漸進(jìn)的方式獲得其他分割層的擴(kuò)大系數(shù)，用來確定視截體的分割點。經(jīng)實驗驗證，新方法不僅克服了原算法首個分割空間

4、過小的缺陷，而且由于擴(kuò)大了空間的過濾區(qū)域，等效于提高每個分層的深度紋理分辨率。
　　 針對平行分割算法中邊緣位置的走樣問題。提出了一種基于平行分割陰影圖算法和方差陰影映射的混合算法。該方法在深度圖映射步驟之后，應(yīng)用了傳統(tǒng)的硬件級紋理過濾、方差陰影等過濾技術(shù)和高斯模糊技術(shù)。這樣既解決大規(guī)模場景中單獨陰影圖無法滿足精確度的要求，又將方差陰影等過濾紋理的技術(shù)運(yùn)用到深度紋理中去，并改善了陰影邊緣位置的走樣。通過實驗比較分析，可以得出結(jié)論