实时阴影生成技术研究

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真实感图形绘制是图形技术研究的重要内容。它利用计算机模拟现实世界,给人带来逼真的视觉享受。要达到真实感图形,阴影显然是不可或缺的部分。因为阴影能大幅提升图形的真实感,并提供重要的视觉线索。因此,阴影绘制技术是当前图形技术研究的热点。本文研究了实时阴影绘制技术,主要做了三个方面的工作:首先,论文介绍阴影绘制的基本理论。综述了阴影技术的研究现状并介绍了阴影的基本理论:包括阐述阴影的数学定义,推导阴影计算公式,分析阴影的结构和分类等。之后介绍了GPU编程基础知识,包括GPU的发展史,渲染管线和渲染语言等。其次,论文分析重要的阴影算法。着重分析了阴影的两类基本实现技术,阴影映射和阴影体,并比较了两类算法优缺点。接着介绍了伪软阴影技术,因为这是目前实时阴影绘制的主要实现方式。百分比滤波技术实现简单,应用最广。方差阴影图技术,卷积阴影图技术,指数阴影图技术都支持预滤波处理,速度较快,但由于算法不成熟,存在漏光等缺陷。之后简介软阴影技术,包括百分比滤波软阴影技术和逆向映射技术。最后,论文实现了一种改进的伪阴影算法。先实现了百分比滤波算法,分层阴影图算法和深度映射技术。然后提出改进算法,一种基于百分比滤波内核的实时阴影算法。它主要在滤波阶段用分层阴影图加速,在深度测试阶段用深度阴影映射抑制自阴影。它克服了百分比滤波算法的不足,抑制了自阴影的形成。接着通过算法设计,在PC平台上实现改进的算法。通过实验对比,发现改进后的伪软阴影算法在渲染速度,渲染质量和稳定性上都取得了较好的结果。
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