三维阴影实现思想

Question

假设你的眼睛在物体A上的表面点P1上，并且有一个目标物体B，在物体B后面有一个点光源。

问题:如果我看着光源，说“我在阴影中”，如果我因为物体B而看不到光，那我是对的吗？然后我将物体A的那个点标记为“B在A上的阴影点之一”。

​

​

如果这是真的，那么我们可以在A的表面上建立一个“阴影几何学”(黑色)物体，然后因为光、B、A等的运动而不断地改变它.实时？假设一个球面(A)有1000个顶点，其他球面(B)也有1000个顶点，那么这是否意味着1毫秒的比较？(阴影，O(N^2) (时间)复杂性吗？)我不确定其复杂性，因为改变P1 (眼睛)也改变了B的观察点(在P1和光源点之间)。二级阴影和更高的阴影(例如光线在两个物体之间多次反射)怎么办？

我现在使用的是java-3D，但是它没有阴影功能，所以我想转移到其他兼容java的库中。

谢谢。

编辑：，我需要禁用“相机”时，移动相机，以建立阴影。我该怎么做？这是否严重地降低了性能？

新理念： java3D已经内置了碰撞检测。我将创建从光到目标多边形顶点的线(不可见)，然后检查来自另一个物体的碰撞。如果发生碰撞，添加顶点corrd。到阴影列表，但这只适用于点灯：

任何为java3d提供一个真正的阴影库的人都会很有帮助。

非常小的示例Geomlib阴影/光线跟踪在java3D中可能是最好的射线跟踪示例？

我知道这有点难，但至少有一百人可以尝试。

谢谢。

Answer 1

你的方法可以概括如下：

foreach (point p to be shaded) {
    foreach (light) {
        if (light is visible from p)
            // p is lit by that light
        else
            // p is in shadow
    }
}

有趣的是，就是这样在GPU上实现实时阴影的。

然而，要想有效地工作，这并不是件容易的事。渲染场景是一个流线型的过程，一个三角形一个三角形.如果对于每个三角形中的每个点(像素、片段)，您需要考虑其他三角形中的所有其他三角形来检查光线交集，这将是非常麻烦的。

那么如何有效地做到这一点呢？答:逆转这一过程。

通常情况下，现场的灯光比像素少得多。让我们利用这一事实，做一些预处理：

// preprocess
foreach (light) {
    // find all pixels p on the scene reachable from the light
}
// then render the whole scene...
foreach (point p to be shaded) {
    foreach (light) {
        // simply look up into what was calculated before...
        if (p is visible by the light)
            // p is lit
        else
            // p is in shadow
    }
 }

看起来快多了..。但仍有两个问题：

1. 如何在光线下找到所有可见的像素？
2. 如何使它们在呈现过程中快速可访问以进行查找？

有一个棘手的部分：

• 为了找出所有的点可见的一盏灯，在那里放置一个相机，并渲染整个场景！深度测试将拒绝不可见的点。
• 为了以后可以访问这个结果，请将其保存为纹理，并在实际呈现阶段使用该纹理进行查找。

这种技术称为阴影映射，从光线中可见像素的纹理称为阴影映射。有关更详细的说明，请参见例如维基百科文章。

Answer 2

阴影可能是三维图形编程中最复杂的话题，有很多种方法，但是最好的选择应该根据任务的要求来确定。您正在讨论的算法是实现从光斑光源到平面的阴影的最简单的方法。它不应该在CPU上完成，因为您已经使用GPU进行3D渲染。

基本上，方法是两次渲染同一个物体:一次是从摄像机的角度，一次是从光源的角度。您需要准备模型视图矩阵，以便在这两个视图之间进行转换。一旦你从光点渲染物体，你就得到了深度图，其中每个点都位于离光源最近的地方。然后，对于普通渲染的每个像素，您应该将其3D坐标转换为先前的视图，并对照相应的深度值进行检查。这实际上给了你一种方法来判断哪些像素被阴影覆盖。

两次呈现同一个对象会对性能产生影响。如果您的任务不具备阴影投射解决方案的高可伸缩性，那么它可能是一条路。

若干相关问题：

如何在OpenGL中创建廉价阴影？

有什么简单的方法可以在OpenGL中获取阴影吗？

在OpenGL中，在场景中渲染阴影最简单的方法是什么？

Answer 3

基本上是的，你的方法会产生阴影。但是，逐点执行是不可行的(就实时性而言)，除非它是在GPU上完成的。我不太熟悉API今天提供的内容，但我相信最近的任何引擎都会提供一些阴影。

您的“新想法”是如何实现阴影的日子里，当渲染仍然是用CPU完成。如果多边形的数量不太大(或者您可以通过分组卷等来有效地拒绝整个包)。它可以用相当少的CPU功率来完成。