[发明专利]用于向计算机图形中的对象添加阴影的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形领域，特别地涉及一种用于在计算机图形中使对象阴影化的快速且简单的方法。

背景技术

在计算机图形领域中，生成由虚拟光源照明的对象的阴影是众所周知的。该特征在通过增强场景中的深度的可感知性来使计算机生成的图像具有真实感的方面起重要作用。换句话说，阴影有助于了解对象具有怎样的深度，以及它们在空间中相对于彼此的位置如何。

场景通常定义为多个三维(3D)对象和多个光源。观察者从视点观察场景。观察者有时被称为“相机”。场景被渲染到图像中。在计算机图形领域中，渲染的意思是计算图像。在该上下文中，渲染为计算描绘场景的图像的过程，就像从观察者(相机)的视点观看场景一样。可以通过渲染多个连续的图像并在所述渲染图像之间移动对象和/或观察者/相机来创建运动画面或影像。

市面上已有通过允许用户在3D位置插入3D对象来构建场景的计算机程序。市面上已有可自动地向3D对象添加阴影的其它计算机程序。例如，存在允许用户指派3D对象的位置、并相对于该位置移动虚拟光源以便于从期望的方向虚拟地照明对象的计算机程序。计算机程序然后可以基于对象的形状以及对象和虚拟光源的相对位置自动地生成对象的阴影。

还存在用于生成意图动画制作雪、雨、水、烟等小尺寸粒子形式的多个对象的计算机程序。这种类型的计算机程序有时被称为粒子动画系统。粒子动画系统的一个示例为由Trapcode AB公司开发的Trapcode Particular^TM。在粒子动画系统中，用户向一组对象指派规则，以便于不需要单独地定位或定向它们。反过来，计算机基于指派的规则计算它们的位置。在运动画面或影像的情形下，计算机随时间计算该组对象的位置。粒子动画系统因此对如下情况是有用的：在创建具有非常多的对象的场景的情况下，且在该情况下单独地定位每个对象是不实际的。通过计算机程序，每个粒子被指派3D位置，并且还可以被指派其它属性，例如速度、方向、旋转速度等。还存在如下粒子动画系统：该粒子动画系统允许用户通过指定场景中的一个或若干个光源的3D位置将光源插入到场景中。一些粒子动画系统甚至包括用于将阴影效果添加到包括光源的场景中的功能。

然而，在场景中自动地生成对象的逼真阴影的任务是一个复杂的任务，其通常需要非常高的计算能力。已知的提供这种功能的计算机程序使用非常复杂并使得图像渲染很慢、特别是对于具有多个对象的场景渲染很慢的方法，或者使用产生不令人满意结果使得渲染的图像看上去不逼真的方法。

因此，存在对用于使计算机生成的场景中的对象逼真地阴影化的快速且简单的方法的期望。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于快速且简单地使计算机生成的场景中的对象阴影化的方法。

该目的通过向计算机生成的对象自动添加阴影的方法实现，包括以下步骤：

-基于第一原始对象的3D位置和第一光源的3D位置计算阴影对象的第一3D(三维)位置；以及

-将阴影对象在所述第一3D位置处添加到所述场景。

通过在基于原始对象和光源的3D位置确定的第一3D位置处向场景自动地添加单独对象(文中称为阴影对象)，可以针对场景的每一原始对象/光源对自动地添加阴影对象，该阴影对象会引起从场景渲染而成的图像的逼真阴影效果。

优选地，计算添加阴影对象的第一3D位置，使得阴影对象从光源的视点看定位在所述第一原始对象的后面，并与第一原始对象隔开一定的偏移距离。即，可以计算第一3D位置，使得阴影对象沿着穿过所述第一光源和所述第一原始对象的(假想)直线定位，并且从光源的视点看位于所述第一对象的后面，在该情形下偏移距离为沿着所述直线的、在第一对象和阴影对象之间的距离。通常，通过将对象/光源的“中心点”与单个(x，y，z)坐标相关联，场景中的每一个对象和光源被指派3D位置。然后可以基于第一原始对象和光源的已知的(x，y，z)坐标计算假想直线，且可以通过将阴影对象的“中心点”与位于假想直线上并与第一原始对象隔开一定偏移距离的(x，y，z)坐标相关联来定位阴影对象。以此方式，阴影对象相对于原始对象和光的方向逼真地定位，并且计算第一3D位置的数学运算变得非常简单，由此降低了将阴影对象插入到场景所需的计算能力。

优选地，阴影对象为二维(2D)对象，例如圆形、矩形、三角形、五边形或任何其它2D形状。生成2D形状不需要和生成3D图形一样高的计算能力，并且通过生成圆形或其它不复杂的2D形状形式的阴影对象，计算能力需求被进一步降低，由此允许快速执行该方法，和/或允许通过非高性能的处理单元执行该方法。