一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106548506A(43)申请公布日2017.03.29(21)申请号201610928362.6(22)申请日2016.10.31(71)申请人中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司地址210009江苏省南京市鼓楼区新模范马路5号(72)发明人胡华吴頔翁海峰(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限公司32224代理人董建林(51)Int.Cl.G06T15/60(2006.01)G06T15/04(2011.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法(57)摘要本发明公开了一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，包括步骤1，根据场景中各物体的深度值，计算一阶原点矩和二阶原点矩；步骤2，计算出深度值的期望和方差，利用切比雪夫不等式求出范围内概率上限，对深度值进行滤波处理；步骤3，使用预分层函数对滤波后的深度值进行分层处理；步骤4，根据分层后深度的范围划分渲染过程中的所属层，每层单独存储各自的VSM；步骤5，分别使用VSM算法输出阴影效果，渲染整体场景。本发明有效克服了漏光问题，获得高质量的阴影效果。CN106548506ACN106548506A权利要求书1/2页1.一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，根据场景中各物体的深度值，计算一阶原点矩和二阶原点矩；步骤2，计算出深度值的期望和方差，利用切比雪夫不等式求出范围内概率上限，对深度值进行滤波处理；步骤3，使用预分层函数对滤波后的深度值进行分层处理；步骤4，根据分层后深度的范围划分渲染过程中的所属层，每层单独存储各自的VSM；步骤5，分别使用VSM算法输出阴影效果，渲染整体场景。2.根据权利要求1所述的一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：一阶原点矩和二阶原点矩的计算公式为，其中，M1和M2分别为一阶原点矩和二阶原点矩，x为深度值，p(x)为概率密度函数，E(·)表示期望。3.根据权利要求2所述的一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：深度值的期望和方差的计算公式为，μ＝E(x)＝M1(3)其中，μ和σ为深度值的期望和方差。4.根据权利要求3所述的一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：利用切比雪夫不等式求出范围内概率上限的过程为，根据切比雪夫不等式及其概率分布可知，其中，ε为任意常数；另t＝E(x)+ε，且[t-E(x)]2≥E(|x-E(x)|2)＝σ2，式(5)可转化为，2CN106548506A权利要求书2/2页5.根据权利要求2所述的一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：预分层函数的表达式为，其中，mi和ni分别为第i层的上下界。6.根据权利要求1所述的一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，其特征在于：通过预分层函数将场景中各物体的深度值都压缩在各层空间中，层数i越多则方差的偏差越小。3CN106548506A说明书1/4页一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法技术领域[0001]本发明涉及一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，属于计算机仿真技术领域。背景技术[0002]三维引擎在渲染输电线路大规模室外场景时，需要根据不同的光照条件生成实时阴影效果，提高三维场景的真实度和沉浸感，为物体的空间位置关系提供可视化参考。[0003]目前广泛采用方差阴影贴图算法(VSM)绘制虚拟场景中的动态阴影，其优势在于算法的计算速度和几何形体复杂度没有关联，阴影走样率低。然而，由于深度值采用离散方式的存储，导致生成的阴影图存在漏光现象。发明内容[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法。[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：[0006]一种基于分层VSM的虚拟场景阴影渲染优化算法，包括以下步骤，[0007]步骤1，根据场景中各物体的深度值，计算一阶原点矩和二阶原点矩；[0008]步骤2，计算出深度值的期望和方差，利用切比雪夫不等式求出范围内概率上限，对深度值进行滤波处理；[0009]步骤3，使用预分层函数对滤波后的深度值进行分层处理；[0010]步骤4，根据分层后深度的范围划分渲染过程中的所属层，每层单独存储各自的VSM；[0011]步骤5，分别使用VSM算法输出阴影效果，渲染整体场景。[0012]一阶原点矩和二阶原点矩的计算公式为，[0013][0014][0015]其中，M1和M2分别为一阶原点矩和二阶原点矩，x为深度值，p(x)为概率密度函数，E(·)表示期望。[0016]深度值的期望和方差的计算公式为，[0017]μ＝E(x)＝M