基于图像的三维室内场景实时阴影渲染与反走样研究

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阴影是得到高质量图形的最重要因素之一,阴影可以为三维场景中的物体的相对何置提供视觉线索,使得整个场景更易于理解,阴影也直接提高了图像的真实感,并且使得创建复杂的光照效果成为可能,所以在三维图形系统中,阴影特效是不可缺少的。  阴影图算法广泛应用于实时渲染中,但阴影图不能像标准纹理那样进行线形过滤,存在严重的走样问题。针对这一问题,国内外的学者做了大量的研究,一方面是进行算法的优化,另一方面是利用图形硬件GPU,用GPU来改进并加速绘制算法,来模拟现实的软阴影。  本文从渲染的实时性与真实感出发,对比研究各阴影算法,考虑三维室内场景阴影渲染的复杂性,采用阴影图算法作为研究的基础,同时就阴影图算法的量化误差与走样问题,进行了深入的剖析,引入数据修正的PCF算法进行反走样,在保证实时性的前提下,获得了真实感的提高,同时为了进一步加强渲染的真实感,引入高斯滤波,然后使用改良的求和方差阴影图算法,获取强烈真实感的阴影渲染效果。  然后从三维室内场景这一特定应用环境出发,研究了以PSSM算法为基础,改进的实时阴影生成算法,提出光源空间划分的概念以解决原算法中区域重合而导致冗余渲染的问题。同时本文对静态物体与动态物体的阴影渲染加以区别:静态物体的阴影渲染侧重考虑渲染的真实感,本文针对不同的分割平面,采用自适应的采样方式以获得采样阴影图以提高效率;结合SAVSM算法,模糊阴影边界,以达到更好的反走样效果。对于动态物体,结合PCF算法,降低采样频率,在保证反走样效果的前提下提高渲染速度;引入动态物体与视点之间的位置信息米改进PSSM中的平面分割算法,进一步提高阴影渲染的效率。  现代GPU技术的发展极大的推进了计算机实时渲染技术的应用,目前图形硬件中的图形处理器(GPU)计算能力的迅速增长速度已经超过了中央处理器(CPU)计算能力的增长速度,所以,最后本文将结合图形硬件处理管道的顶点处理和像素处理模块的可编程性,利用GPU编程实现三维室内场景的实时阴影渲染。
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