[发明专利]去像素化轮廓线重建的线性阴影图方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学阴影绘制领域，具体涉及一种去像素化轮廓线重建的线性阴影图方法。

背景技术

阴影是现实世界的重要元素之一，也是合成图像真实感绘制中不可缺少的一部分。它承载了场景中光源位置、光线传递方向等重要信息。对于屏幕上任何一个可见点来说，它或者直接被光源照射而处于照亮区域，或者被其它物体遮挡而处于阴影区域。对于用户来说，正确的阴影信息可以帮助用户有效认识物体的几何属性，分辨物体之间的相对位置关系。

尽管阴影绘制算法已经是计算机图形学中一个经典问题，但如何高效而鲁棒地生成阴影的问题并没有完全得到解决。阴影图(shadow mapping，SM)和阴影体(shadow volume)是绘制硬阴影的两种主要方法，分别代表了基于图像和基于几何的两种硬阴影生成思路。其中，阴影图方法是阴影绘制中应用最为广泛的方法，它使用深度缓存快速判断场景中可见点相对于光源的可见性，其算法执行时间接近于仅仅绘制一遍场景的时间，算法所需要消耗的内存数据仅仅是一张单通道的深度纹理。然而阴影图算法也面临着两个重大的挑战：走样问题，其产生的原因是阴影图的分辨率有限，深度信息采样不足；自阴影，通常表现出的现象为场景中原本被照亮的物体表现出不正确的阴影条纹，好像物体被自己遮挡住一样，其产生的原因有两点——数值量化误差以及深度的离散采样导致阴影图的深度值只在纹素中心是精确的。

提高阴影图分辨率是解决阴影图固有问题的最直接的方法，然而过大的阴影图分辨率会给算法带来严重的存储和性能开销。许多学者提出了改进的阴影图方法，如垂直纹理扭曲方法(Rosen P.Rectilinear texture warping for fast adaptive shadow mapping[C].Proceedingsof the ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics andGames.New York：ACM Press，2012：151-158)，不规则阴影图方法(Johnson G S，Lee J，Burns C A，et al.The irregular Z-buffer：Hardware accelerationfor irregular data structures[J].ACM Transactions on Graphics，2005，24(4)：1462-1482)等。

发明内容

本发明针对现有反走样技术不足，提供一种能有效地减弱阴影图方法中走样现象发生的去像素化轮廓线重建的线性阴影图方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种去像素化轮廓线重建的线性阴影图方法，包括：

(1)从光源空间绘制场景，存储所有像素中心的深度值为第一阴影图，在x和y方向各偏移半个纹素大小得到第二阴影图，第一阴影图和第二阴影图构成线性阴影图；

(2)从视域空间绘制场景，将像素变换到光源空间，并把像素分类为轮廓线像素和非轮廓线像素；

(3)对于非轮廓线像素使用线性插值计算遮挡物深度值，比较深度值得到阴影结果，对于轮廓线像素，使用去像素化的轮廓线重建方法对阴影边界进行重建。

作为优选，步骤(1)中的线性阴影图的采样位置为每个纹素的中心和角点。

本发明线性阴影图的采样位置为每个纹素的中心和角点，这种采样方式相对于传统阴影图方法来说其实是两倍的采样数目，该阴影图生成方法与传统阴影图生成方法类似，区别即一张原始阴影图加上一张偏移半个像素距离的相同分辨率的阴影图。

作为优选，步骤(2)中的像素分类方法如下：

把目标像素投影到光源空间，并找到目标像素所在的纹素，通过线性阴影图获取该纹素中心和四个角上深度采样点；

求取四个角上的深度采样点的值的平均值，判断得到的结果是否与像素中心存储的深度值相等，如果两者相等，该目标像素为轮廓线像素；

否则，该目标像素为非轮廓线像素。

在比较这两个值的时候，需要设置一个极小的容忍误差来避免浮点数计算过程中的误差。

作为优选，步骤(3)中的线性插值计算深度值时，对于像素P，可以通过像素P的纹理坐标确定像素P所在三角形区域，结合所述三角形区域的三个顶点V₀、V₁和V₂的纹理坐标，计算像素P相对于所述三角形区域的重心坐标(u，v，ω)：

再计算像素P的遮挡物的深度值：