CN101136108A - 阴影绘制方法及渲染装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图形渲染技术，公开阴影绘制方法的实施例，该方法包括：生成光源空间中的场景深度纹理；生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测；根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像。本发明还公开相应的渲染装置的实施例。通过本发明实施例进行阴影绘制可以模拟出阴影的模糊程度与成影物体和光源之间的距离相对应的效果。
Description
技术领域
本发明涉及图形渲染技术，尤其涉及阴影绘制方法及渲染装置。
背景技术
在光照世界中，光线在传播过程中被不透明物体遮挡时，在遮挡物体背面形成暗区，暗区投射到另一物体上即形成阴影。阴影可以体现出场景中物体间的空间关系以及光源的位置等信息，因此，在三维场景渲染中，为增加场景的真实感和层次感，丰富场景的表现效果，需要模拟真实的光照效果，对阴影进行绘制。
现有技术中一些通用的阴影算法，如阴影体(shadow volume)算法，阴影图(shadowmap)算法等，可以模拟生成物体的阴影，但上述算法生成的阴影通常比较犀利和生硬，为了模拟真实场景中阴影边缘比较柔和的效果，现有技术中采用的方案是对生成的阴影直接进行模糊化处理，如直接对阴影轮廓周边的象素进行模糊化处理。然而，在真实的光照场景中，随着产生阴影的物体(以下简称成影物体)各个位置和光源之间的距离不同，所产生的阴影的模糊程度也有所差异，具体来说，成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越近，相应位置的阴影越清晰，而成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越远，相应位置的阴影越模糊，现有方案中尚未提供可以模拟出阴影的模糊程度与成影物体和光源之间的距离相对应的效果的方案。
发明内容
本发明的实施例要解决的技术问题是提供阴影绘制方法及渲染装置，可以模拟出阴影的模糊程度与成影物体和光源之间的距离相对应的效果。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供以下技术方案：
一种阴影绘制方法，包括：
生成光源空间中的场景深度纹理；
生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；
对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测；
根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像。
一种渲染装置，包括：
生成光源空间中的场景深度纹理的装置；
生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理的装置，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；
对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测的装置；
根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像的装置。
从以上技术方案可以看出，本发明的实施例中可以根据成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像，由于成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；因此本发明实施例可以模拟出阴影的模糊程度与成影物体和光源之间的距离相对应的效果。
附图说明
图1是本发明阴影的绘制方法实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提供的阴影绘制方法及渲染装置的推荐实施例进行详细描述。
本发明阴影绘制方法实施例，参考图1，该方法包括：
步骤A1、生成光源空间中的场景深度纹理。
在绘制场景前，会预先设置绘制场景所需的光源和视点。
光源空间中的场景深度纹理是从预置的光源看向场景时，场景中的可见像素相对于光源的深度值(即像素与光源之间的距离值)所组成的集合。
步骤A2、生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应。
步骤A3、对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测。所述阴影检测具体可以通过以下方法实现：
对于从预置的视点看向场景时场景中的每个可见像素，分别获得像素相对于光源的深度值，并获得所述场景深度纹理中与该可见像素的坐标对应的像素的深度值；对两个深度值进行比较，若前者大于后者，则所述可见像素在阴影中，否则，不在阴影中。
步骤A4、根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像，在该图像中，阴影轮廓上各位置的模糊程度与成影物体相应位置的像素和光源之间的距离相对应。具体可以通过以下方法实现：
从预置的视点看向场景时，若可见像素在阴影中，则将该可见像素的颜色绘制为预定的阴影颜色；若可见像素不在阴影中，则确定在成影物体轮廓的模糊化纹理中与该可见像素的坐标对应的像素，将该可见像素的颜色绘制为该对应像素的颜色。
在本发明实施例中，步骤A2中所述生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理可以通过以下方法实现：
A21、对光源空间中的场景深度纹理进行处理，获得场景的第一纹理，经过所述处理后，在场景深度纹理中深度值越小的像素，在场景的第一纹理中该像素的值越大，而在场景深度纹理中深度值越大的像素，在场景的第一纹理中该像素的值越小。
上述处理可以通过数学领域中的相关通用算法实现，以下给出一种具体实现：
对场景深度纹理中的每个像素，执行以下处理：
D1＝D-FLOAT_SUB；
D2＝POW(D1，FLOAT_POWER)；∥对D1取FLOAT_POWER次方；
D3＝MAX(1-D2，0)；∥在1-D2和0两者中取最大值；
其中，D为场景深度纹理中当前像素的深度值；
FLOAT_SUB通常为成影物体上距离光源最近的像素的深度值；
FLOAT_POWER是预置的调整值，根据实际需要确定，例如，可以选取合适的值使经过以上处理后各像素的值均在0～1之间；
D3为第一纹理中当前像素的值。
A22、根据所述第一纹理，获得成影物体轮廓的纹理。上述处理可以通过数字图像处理领域中通用的轮廓检测算法实现，以下给出一种具体实现：
对步骤A21所获得的第一纹理进行处理，获得场景的第二纹理，该纹理中各像素的值能够反映出本像素周围像素的值的变化激烈程度；以及对第二纹理中的每个像素，分别判断其值是否大于预定的阈值，若是，则认为该像素是成影物体的轮廓，确定其值为场景的第一纹理中与该像素坐标对应的像素的值；若否，则认为该像素不是成影物体的轮廓，确定其值为预置的非轮廓像素的值。
从第一纹理获得第二纹理时，可以通过以下处理实现：
S1、通过预置的横向过滤器和纵向过滤器分别对第一纹理进行过滤。以下给出横向过滤器和纵向过滤器的具体实例：
横向过滤器：
1 0 -1
2 0 -2
1 0 -1
纵向过滤器：
1 2 1
0 0 0
-1 -2 -1
所述采用预置的横向过滤器和纵向过滤器分别对第一纹理进行过滤实际上是对第一纹理中的每个像素分别进行如下的计算：
SObelX＝S00+2*S10+S20-S02-2*S01-S12
SobelY＝S00+2*S01+S02-S20-2*S21-S22
其中，“*”表示卷积；
S11表示第一纹理中当前像素的值，S00、S01、S02、S10、S12、S20、S21、S22分别表示所述当前像素的各邻近像素的值；当前像素与其邻近像素的位置关系可通过像素的值表示如下：
S00 S01 S02
S10 S11 S12
S20 S21 S22
SobelX表示经横向过滤器过滤后当前像素的值；
SobelY表示经纵向过滤器过滤后当前像素的值。
S2、根据所述横向过滤器和纵向过滤器进行过滤的结果，对每一像素进行如下的计算，获得第二纹理：
edgeSqr＝(SobelX*SobelX+Sobely*Sobely)
其中，edgeSqr表示第二纹理中当前像素的值。
A23、对成影物体轮廓的纹理进行模糊化处理，获得成影物体轮廓的模糊化纹理，在该纹理中，成影物体轮廓的模糊程度与成影物体和光源之间的距离相对应。
对成影物体轮廓的纹理进行模糊化处理具体可以通过高斯模糊过滤器对成影物体轮廓的纹理进行过滤化处理而实现，其中高斯模糊过滤器可以根据实际情况加以选择，以下给出高斯模糊过滤器的一个具体实施，其标准差为1.4，卷积核大小为5×5，比例系数为1/115：
2 4 5 4 2
4 9 12 9 4
5 12 15 12 5
4 9 12 9 4
2 4 5 4 2
在本发明阴影绘制方法更多实施例中，步骤A2和A3也可以同时执行，或者以A3-A2的顺序执行，并不影响本发明方案的实现。
本发明还提供一种渲染装置的实施例，包括：
生成光源空间中的场景深度纹理的装置；
生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理的装置，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；
对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测的装置；
根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像的装置。
在上述渲染装置实施例中，所述生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理、阴影检测，以及根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像可以参考本发明阴影绘制方法实施例中提供的相关方法实现，此处不再赘述。
本发明实施例中，在场景的第一纹理中，离光源越近的像素的值越大，而离光源越远的像素的值越小，而在生成的成影物体轮廓的纹理中，成影物体轮廓上同样具有离光源越近的像素的值越大，而离光源越远的像素的值越小的效果；对成影物体轮廓的纹理进行模糊化处理后，即可以达到成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越近，成影物体轮廓越清晰，而成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越远，成影物体轮廓越模糊的效果。在生成具有阴影的场景图像时，由于成影物体的轮廓与阴影之间的对应关系，使得成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越近，相应位置的阴影也越清晰，而成影物体轮廓上的像素和光源之间的距离越远，相应位置的阴影也越模糊。
以上对本发明实施例所提供的阴影的绘制方法及渲染装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种阴影绘制方法，其特征在于，包括：
生成光源空间中的场景深度纹理；
生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；
对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测；
根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像。
2.如权利要求1所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像具体包括：
从预置的视点看向场景时，若可见像素在阴影中，则将该可见像素的颜色绘制为预定的阴影颜色；若可见像素不在阴影中，则确定在成影物体轮廓的模糊化纹理中与该可见像素的坐标对应的像素，将该可见像素的颜色绘制为该对应像素的颜色。
3.如权利要求2所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理通过以下方法实现：
A21、对光源空间中的场景深度纹理进行处理，获得场景的第一纹理，经过所述处理后，在场景深度纹理中深度值越小的像素，在所述第一纹理中该像素的值越大，而在场景深度纹理中深度值越大的像素，在所述第一纹理中该像素的值越小；
A22、根据所述第一纹理，获得成影物体轮廓的纹理；
A23、对成影物体轮廓的纹理进行模糊化处理，获得成影物体轮廓的模糊化纹理。
4.如权利要求3所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述A21通过以下方法实现：
对场景深度纹理中的每个像素，执行以下处理：
D1＝D-FLOAT_SUB；
D2＝POW(D1，FLOAT_POWER)；
D3＝MAX(1-D2，0)；
其中，D为场景深度纹理中当前像素的深度值；
FLOAT_SUB为成影物体上距离光源最近的像素的深度值；
FLOAT_POWER是预置的调整值；
D3为第一纹理中当前像素的值。
5.如权利要求3所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述A22通过以下方法实现：
对所述第一纹理进行处理，获得场景的第二纹理，所述第二纹理中各像素的值能够反映本像素周围像素的值的变化激烈程度；
对第二纹理中的每个像素，分别判断其值是否大于预定的阈值，若是，则认为该像素是成影物体的轮廓，确定其值为所述第一纹理中与该像素坐标对应的像素的值；若否，则认为该像素不是成影物体的轮廓，确定其值为预置的非轮廓像素的值。
6.如权利要求5所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述对所述第一纹理进行处理，获得场景的第二纹理可以通过以下方法实现：
通过预置的横向过滤器和纵向过滤器分别对第一纹理进行过滤；
根据所述横向过滤器和纵向过滤器进行过滤的结果，对每一像素进行如下计算，获得第二纹理：
edgeSqr＝(SobelX*SobelX+SobelY*SobelY)
其中，SobelX表示经横向过滤器过滤后当前像素的值；
SobelY表示经纵向过滤器过滤后当前像素的值；
edgeSqr表示所获得的第二纹理中当前像素的值。
7.如权利要求3所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述对成影物体轮廓的纹理进行模糊化处理具体是通过高斯模糊过滤器对成影物体轮廓的纹理进行过滤化处理而实现。
8.如权利要求1至7任一项所述的阴影绘制方法，其特征在于，所述阴影检测可以通过以下方法实现：
对于从预置的视点看向场景时场景中的每个可见像素，分别获得像素相对于光源的深度值，并获得所述场景深度纹理中与该可见像素的坐标对应的像素的深度值；对两个深度值进行比较，若前者大于后者，则所述可见像素在阴影中；否则，不在阴影中。
9.一种渲染装置，其特征在于，包括：
生成光源空间中的场景深度纹理的装置；
生成场景中成影物体轮廓的模糊化纹理的装置，在该纹理中，成影物体轮廓不同位置的模糊程度与成影物体轮廓相应位置上的像素和光源之间的距离相对应；
对从预置的视点看向场景时的可见像素进行阴影检测的装置；
根据所述成影物体轮廓的模糊化纹理和进行阴影检测所获得的结果，生成具有阴影的场景图像的装置。
10.如权利要求9所述的渲染装置，其特征在于，所述渲染装置具有如权利要求2至8任一项所述的特征。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |