GPU在实时阴影绘制中的应用

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1、第9卷91年第11月期计算机技术与发展V01．19No，ll200(X3MPUTERTDn】0I．OGYANDDEVELOPIvIENTNov．2009GPU在实时阴影绘制中的应用刘双，申闫春，狄翠萍(北京信息科技大学计算机学院，北京100192)摘要：实时阴影在增强三维场景真实感方面起着非常重要的作用。阴影体算法是实时阴影绘制中效果非常理想的一种方法。但是随着场景复杂度的增加，该算法计算量比较大，将导致绘制效率的降低。另一方面，随着可编程GPU技术的发展，GPU的渲染速度远远大于CPU，为提高三维场景的渲染效率提供了更大的空间。在此基础上，介绍了一种在G

2、PU上生成阴影体的方法，加速实时阴影绘制。利用图形硬件的图形处理单元(GPU)的运算能力和可编程性，将生成阴影体的大量计算从CPU转移到GPU，从而有效地提高实时阴影的绘制效率。关键词：图形处理单元；阴影体；几何着色器中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1673—629X(2009)11—0226—04Real’’TimeShadowRenderingUsingGPULIUShuang，SHENYah·chun，DICui—ping(SchoolofComputer，BeijingInformationScience&TechnologyUn

3、iversity，Beijing100192，China)Abstract：Real—timeshadowisverycrucialforimproving3Dscenereality．ShadowVolumealgorithmisoneoftherrlosteffectivealgorithmsforReat—Timeshadowcomputation．However．asthecomplexityofthesc∞esincreasing，thisalgorithmmayslowdoumthetenderefficiencybecauseitneedsn

4、lorecomputation．Ontheotherhand．wi出thedevelopmentofprogrammableGPU，therenderspeedofGPUismuchfasterthanCPU．andithasprovidedmorespacefortherenderefficiencyaccelerationofthe3Dscenes．BasedOI1this，in·troducedamethod。whichgenerateshadowVOIUlTIeOnGPUtofasterRea1一Timeshadowrendering．Withth

5、euseofcomputationcapaei·tyandprogrammabilityprovidedbygraphicsprocessingunit(GPU)ofunderlyinggraphicshardware，mostofcomputationofgeneratingshadowvolumearetransferredfromCPUto(PU．andthismethodearleffectivelyacceleratereal—timeshadowrendering．Keywords：GPU；shadowvolume；geometryshader

6、O引言1阴影体算法介绍阴影在虚拟现实中扮演了重要的角色，它提供光阴影体算法是FranklinC．Crow在1977年写的源对物体的照射信息，增加计算机虚拟场景的真实感。一篇论文“SHAIX)WALGORITHMSFORCOMPUT—动态实时阴影技术是计算机图形学研究中一个基本问ERHICs”里提出的。这是一种使用纯几何信题，同时也是一个难点。阴影体算法是作为虚拟现实息来生成阴影的方法。其原理是先从光源的方向去寻中常用的生成实时阴影的算法之一，其优点是可以在找物体的轮廓边，然后将轮廓边沿着光源方向延伸，所任何地方产生正确的清晰阴影。传统生成阴影体的过有延伸出

7、来的面形成了一个筒形的区域。在筒的一端程全部由CPU完成，因而算法的性能受到约束。随着用面向光源的遮挡面封闭，而在延伸出去的无穷远处计算机图形硬件的快速发展，尤其是可编程图形硬件也用一个平面进行封闭，就得到一个完全密封的区域，的出现，为三维场景中实时阴影体算法的研究提供了称其为阴影体(shadowvolume)~lJ。该算法可以应用于更加广阔的空间。一般的图形硬件上，唯一的要求就是模板缓冲。模板缓存类似深度缓存，通过对所要绘制的像素进行模板测试，判断像素是否写入模板缓冲，此外，模板缓冲还收稿日期：2009—02—28；修回日期：2009—05—2l基金项目

8、：北京市教育科研计划项目(KIⅥ20o811232006)；科技型