[发明专利]一种利用局部保守光栅化方法实现硬阴影反走样的方法

说明书

本发明涉及一种利用局部保守光栅化方法实现硬阴影反走样的方法，其特征在于：构建光源为视点的阴影图，利用牛顿二阶差分测试深度的连续性，将阴影图分为连续区域C_a和不连续区域D_a。再次以光源为视点，抽取三维场景表面可见三角面片信息，存储三角形的顶点信息F，对不连续区域D_a实施保守光栅化方法，对连续区域C_a保留其离散深度值，构造深度图T₂。根据纹素坐标保持两个深度图的对应关系，其过程可描述为：原始深度图T₁，其分辨率为NＸN，纹素坐标表示为T_1i,j，其中1i，jN。其有效的降低了保守光栅化几何阴影图方法的计算的复杂度，而且保持了亚像素级硬阴影反走样的精度问题。

技术领域

本发明涉及一种利用局部保守光栅化方法实现硬阴影反走样的方法，属于3D真实感图形学技术领域。

背景技术

真实感图像生成是计算机图形学重要研究内容之一，也是虚拟现实、混合现实技术的重要组成部分。阴影效果能极大增强虚拟场景的真实感，是虚拟场景中最重要的视觉元素。目前，可交互的阴影绘制技术主要包括：光线跟踪技术、基于几何体的技术和基于图像的技术。其中，基于图像技术的阴影图(Shadow Map，SM)算法是目前应用最广泛的方法，该方法利用场景表面可见点的离散深度图测试采样点的深度，算法的计算时间独立于场景的复杂性，是目前图形硬件支持最广泛的实时阴影绘制技术。阴影图算法包括绘制阶段：首先，从光源视角发射若干条离散光线，计算光线与场景前表面的第一个交点，将最短距离d_z存储在Z-buffer中，构成阴影图；然后，从相机视角(View/Camera Space)绘制场景，计算光源到屏幕每个像素对应场景点的距离d_p，并比较d_p与阴影图中对应坐标存储的深度值d_z，当d_pd_z时，说明采样点不能被光源直接照射，即处于阴影之中(见附图1)。阴影图算法效率高，但是容易产生锯齿状阴影边界。其主要原因是阴影图的分辨率与屏幕空间的分辨率不匹配。因此，基于阴影图技术的阴影反走样研究是该技术的关键。保守光栅化(ConservativeRasterization)方法由Hasselgren提出(见附图2)，该方法通过三角形扩展算法，实现对每个有图元经过的像素都执行光栅化操作。对全部阴影区域执行保守光栅化操作的增加了计算复杂性，根据观察发现，硬阴影的边界走样发生在阴影图的深度不连续区域，因此，本发明提出了一种局部保守光栅化方法的硬阴影反走样方法，本方法通过对深度不连续区域进行识别，然后只对深度不连续区域执行保守光栅化操作，实现局部优化，进而改进绘制效率和效果。首先，方法对阴影图深度值进行分析，利用牛顿二阶差分识别阴影图的深度连续区域和不连续区域。然后，构造几何阴影图，对深度不连续区域采用保守光栅化方法存储表面可见几何面片的顶点，使得有图元经过的像素均能被光栅化生成片元；而对于深度连续的阴影内部区域，则采用非保守光栅化的几何阴影图方法。最后，利用几何阴影图的连续深度测试，以及边界恢复算法，快速实现准确的阴影反走样绘制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用局部保守光栅化方法实现硬阴影反走样的方法，其有效的降低了保守光栅化几何阴影图方法的计算的复杂度，而且保持了亚像素级硬阴影反走样的精度问题。