《Approximate Soft Shadows on Arbitrary Surfaces using Penumbra Wedges》
Tomas Akenine-Moller and Ulf Assarsson
Eurographics Workshop on Rendering(2002)
這是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)shadow volume和Haines的《Soft Planar Shadows using Plateaus》改進(jìn)的算法。算法核心在于在多邊形silhouette邊的基礎(chǔ)上建立一種新的圖元－penumbra wedge，根據(jù)陰影接受表面上的點(diǎn)在在penumbra wedges中的位置進(jìn)行插值，得到改點(diǎn)的陰影級別。
下面對該算法進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。假設(shè)：光源為球形光源，LI＝light intensity光照強(qiáng)度在公式中用s表示。
penumbra wedges如下圖所示。
從圖中可以看出來，PW方法并不是在本影外邊模擬出柔和的過渡，因此相對于Haines的方法在物理上更加真實(shí)。
在PW中的LI－s在[0,1]之間計(jì)算，表示陰影級別，s=0表示不在陰影范圍內(nèi)，s=1表示位于本影內(nèi)。
算法使用一個(gè)16bits的buffer作為LI-buffer，就如同是一個(gè)更高精度的stencil buffer，可以通過繪制一個(gè)HILO的紋理來實(shí)現(xiàn)。
一般硬件都具有8-bit的顏色緩存，因此我們使用一個(gè)k=255來乘以LI值，然后用color buffer中的值減去255s就得到了改點(diǎn)的顏色值。算法的步驟如下：
1，LI-buffer預(yù)置255
2，用spacular+diffuse繪制場景，得到color buffer值
3，繪制所有PW，將PW繪制到LI-buffer中
4，將LI-buffer中的值調(diào)制到[0，255]之間并合并到color buffer(我理解是cb-lb)
5，繪制ambient光
其中第3步的偽代碼和對應(yīng)的圖如下：
1 : rasterizeWedge(){
2 : for each visible fragment(x,y) on front facing triangles of wedge
3 : pf = computeEntryPointOnWedge(x; y);
4 : pb = computeExitPointOnWedge(x; y);
5 : p = point(x; y; z); //z is the Z-buffer value at (x; y)
6 : pi = choosePointClosestToEye(p;pb);
7 : sf = computeLightIntensity(pf );
8 : si = computeLightIntensity(pi);
9 : addToLIBuffer(round(255(si-sf)));
10 : end;}
其中第4步調(diào)制的目的是為了把因?yàn)槲挥诓煌琍W中而值大于255的值歸整到0到255之間，以便能夠正確的體現(xiàn)陰影柔和程度。
構(gòu)造原理如下圖所示：
每個(gè)PW分成前后左右四個(gè)面，其中前后面的構(gòu)造分別是：b=c+rn 和 f=c-rn ,r是光源球半徑，n是shadow volume的法線。左右面的構(gòu)造如下圖所示，是由相鄰PW的兩個(gè)前面交點(diǎn)和兩個(gè)后面交點(diǎn)以及sil的交點(diǎn)構(gòu)成。
文章中對于r＝0可以直接繪制硬陰影以及鄰sil邊是銳角的情況也給以討論。
- 光照強(qiáng)度插值（Light Intensity Interpolation）
插值的關(guān)鍵是在相鄰的PW之間插值要連續(xù)，這樣在穿過兩個(gè)不同的PW的時(shí)候才會(huì)保持陰影的光滑。其計(jì)算如下圖所示：
文章后邊詳細(xì)介紹了優(yōu)化算法和實(shí)現(xiàn)結(jié)果，以及與其他算法的比較，這里就不說了。
我對此算法的認(rèn)識是：
- 相對于以前的算法可以較好的生成軟陰影，同時(shí)基于shadow volume，可以有效的避免前邊算法出現(xiàn)的問題。
- 存在著較多的局限性。比如球面光源，比如SV能夠處理的非多邊形體和半透明物體的陰影，比如頂點(diǎn)具有兩個(gè)以上sil邊的情況，等等。
- 雖然作者宣稱可以在明年的顯卡上獲得實(shí)時(shí)的性能，但是沒有硬件的加速完全無法達(dá)到很好的性能，這可能就是其沒有上siggraph的原因吧。
- 很多的問題對于我來說，既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
- 具體怎么實(shí)現(xiàn)，還得跟WJ大牛學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。