[发明专利]在图像中生成阴影的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在图像中生成阴影的方法。

背景技术

在图形呈现中，重要的是在实时基础上产生逼真的图像。在实现整体视 觉写实(visual realism)方面的基本困难在于：快速且准确地展示真实世界视 觉效果的复杂度。场景可能包括多种纹理、颜色层次、反射、半透明，并且 更具体地可以包括阴影。阴影增强了图像的真实感(realism)，这是因为它们 向二维(2D)图像提供了三维的表现。

例如，阴影的生成在游戏环境下是至关重要的，这是因为其必须根据场 景中由游戏用户引导的运动来实时地生成。

过去，已经存在多种不同的方式来确定场景中的对象将如何投射阴影并 且在所呈现的图像中应如何展示这些阴影。

在来自F.Crow的在1977年的SIGGRAPH会议录中发表的题为“Shadow  Algorithms for Computer Graphics”的文档中描述了被称为阴影锥的公知加阴 影方法。

在该文档中，突出阴影投射对象的轮廓以便确定加阴影。尽管该方法提 供了高质量的阴影，但是其限于简单场景并且是计算密集的。

在来自L.Williams的在1978年的SIGGRAPH会议录中发表的题为 “Casting curved shadows on curved surfaces”的文档中描述了更通用的实时阴 影生成技术。

尽管该方法非常有效并且易于实施，但是其受到由于阴影图的有限分辨 率而引起的采样缺陷的影响：大多数时候，单个阴影图纹理元素在最终图像 的若干个像素中被使用，产生了若干个混叠伪像。最公知的伪像是最终图像 中阴影块的出现。

典型地，使用来自M.Bunnell和F.Pellacini的在2004年的GPU Gems， Addison Wesley Edition中发表的题为“Shadow Map Antialiasing”的文章中公 开的百分比渐进滤波可以降低该伪像，其中，若干个阴影图纹理元素被用来 确定入射到点的光的百分比。已经开发了许多其它方法，通过仅将阴影图集 中在场景的可视部分上，来降低这样的混叠伪像。然而，所有这些方法都是 依赖于视图的，并且因此要求对于用户的每个运动重新生成阴影图。此外， 依赖于用户位置，阴影图的质量不恒定。

另一伪像是由于距离信息的精度和阴影图的有限分辨率两者：对于彼此 非常接近或者在与光方向几乎正切的表面上的遮挡对象，距离比较可能返回 错误的值。为了克服该问题，用户定义的偏置值使距离比较偏移，使得消除 错误的加阴影。然而，这导致了不希望的阴影偏移。由于相同的偏置值被用 于呈现整个场景，“有问题的”对象促使所有其它阴影偏移以便避免伪像。

以Snyder的名义于1996年1月27日提交的US 5,870,097提出了一种改 进图形呈现系统中的加阴影的方法。其提出了自动计算用于阴影映射的偏置。 然而，在该专利中提出的方法要求复杂的计算，即，从源到两个最接近表面 的距离的计算。

发明内容

本发明提出解决这些缺陷中的至少一项。为此，本发明关注一种在图像 中生成阴影的方法，包括步骤：

-计算深度图，该深度图包括像素阵列，其中，该深度图中的像素具有 深度值，该深度值指示从光源到通过该像素可看到的最接近遮挡对象的部分 的深度，

-将从虚拟照相机可看到的每个点投影到光空间中，

-计算所述可看到的被投影的点和光源之间的距离，

-提取深度图中与从光源到所述可看到的被投影的点的光线相对应的深 度值。

该方法还包括步骤：

-对于每个像素，作为预定基本偏置和所述可看到的点所处于的表面的 配向(orientation)的函数，来计算自适应偏置，

-对于图像中的每个像素，将所述可看到的被投影的点和光源之间的距 离、以及对应深度图值与所述自适应偏置之和进行比较，

-根据所述比较，将所述像素标记为照亮或加阴影。

优选地，所述自适应偏置依赖于所述表面的法向。

根据优选实施例，所述自适应偏置被定义为所述预定基本偏置除以一标 量积，该标量积为表面法向与入射光方向的标量积。

优选地，所述自适应偏置被限制到最大值。