基于自适应迭代面光源采样的物理正确柔和阴影绘制算法

周文言，陈纯毅

（长春理工大学 计算机科学技术学院，长春 130022）

阴影由两部分构成：本影区和半影区。本影区是指在面光源的照射下所有光线均不能到达的区域，在视觉上表现为完全黑暗；半影区是指部分光线能够到达的区域，在视觉上呈现出由暗到明自然过渡的阴影效果。真实地模拟出明暗过渡的半影现象一直以来都是柔和阴影算法研究的重点。目前流行的阴影绘制算法可以分为三类：阴影图［1］，阴影体［2］和全局光照算法［3］。蒙特卡罗可见性采样通过向面光源产生随机投射的阴影光线可以绘制出物理正确的柔和阴影效果，该方法可以很容易地加入到基于并行光线跟踪的全局光照算法［4］中。然而它需要为每个可视场景点均产生大量的光源采样点，造成了很大的开销。

图1 本文算法流程图

Ramamoorthi等［5］通过对不同的非自适应蒙特卡罗采样方法进行像素-光源空间的2D傅里叶分析，发现依据光源类型选择合适的可见性采样策略可以减少20-40%的阴影采样数量。基于鲁棒的误差估计，Bauszat等［6］为每个像素自适应地选取一个最优的重建滤波器，有效地减少了蒙特卡罗绘制中产生的阴影噪声。Chen等［7］基于光线跟踪算法计算出3D场景的光源可见性并通过采用盒体滤波器对可见性进行平滑处理的方式生成在点光源照射下的近似柔和阴影。Egan等［8］提出一种基于蒙特卡罗光线跟踪的4D可见性剪切滤波方法，通过复用邻近像素的采样点以较低的采样率绘制出面光源照射下高质量的柔和阴影。……