3D影子实施理念

Question

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

问题：如果我看光源并说“我在阴影中”，如果由于物体B我看不到光线，我是对的吗？然后我将对象A的那个点标记为“A上B的阴影点之一”。

如果这是真的，那么我们可以在A的表面上构建一个“阴影几何”（黑色）对象，然后由于光，B，A等的运动而不断地改变它...... in实时？让我们说球体（A）有1000个顶点而其他球体（B）也有1000个顶点，那么这意味着1个百万的比较吗？ （是阴影，O（N ^ 2）（时间）复杂性？）。我不确定复杂性，因为改变P1（眼睛）也会改变B的观察点（P1和光源点之间）。那么二阶阴影和更高的阴影（例如两次物体之间多次反射的光线）？

我现在正在使用java-3D，但它没有阴影功能，所以我想转移到其他兼容java的库。

感谢。

编辑：我需要在移动相机时禁用“相机”来构建阴影。我怎样才能做到这一点？这会严重降低性能吗？

新想法： java3D具有内置的碰撞检测功能。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对象的碰撞。如果发生冲突，请添加该顶点corrd。到阴影列表，但这只适用于点光源:(。

任何为java3d提供真正阴影库的人都会非常有帮助。

java3D中非常小的样本Geomlib阴影/光线跟踪将是最好的 光线跟踪的例子可能吗？

我知道这有点难，但至少有一百人可以试过。

感谢。

Answer 1

阴影可能是3D图形编程中最复杂的主题，并且有许多方法，但应根据任务要求确定最佳选项。您正在谈论的算法是从点光源到平面实现阴影的最简单方法。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，方法是将相同的对象渲染两次：一次来自摄像机视点，一次来自光源点。您需要准备模型视图矩阵以在这两个视图之间进行转换。从光点渲染对象后，您将获得深度图，其中每个点最靠近光源。然后，对于正常渲染的每个像素，您应该将其3D坐标转换为上一个视图，并检查相应的深度值。这实际上为您提供了一种方法来分辨阴影所覆盖的像素。

性能影响来自两次渲染相同的对象。如果您的任务不承担阴影投射解决方案的高可扩展性，那么它可能是一种方法。

许多相关问题：

How Do I Create Cheap Shadows In OpenGL?

Is there an easy way to get shadows in OpenGL?

What is the simplest method for rendering shadows on a scene in OpenGL?

Answer 2

您的方法可以概括为：

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
    }
}

有趣的事实是这就是今天在GPU上实现的实时阴影。

然而，高效工作并非易事。渲染场景是一个简化的过程，三角形为三角形。如果对于每个单个三角形中的每个单点（像素，片段），您需要考虑其他三角形中的所有其他三角形以检查光线交叉，这将非常麻烦。

那么如何有效地做到这一点？答：扭转过程。

通常情况下，灯光比场景中的像素少得多。让我们利用这个事实做一些预处理：

// 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
    }
 }

这似乎要快得多......但仍存在两个问题：

1. 如何查找灯光可见的所有像素？
2. 如何在渲染过程中快速访问它们以进行查找？

有一个棘手的部分：

• 为了找到灯光可见的所有点，请将相机放在那里并渲染整个场景！深度测试将拒绝不可见的点。
• 要稍后访问此结果，请将其另存为纹理，并在实际渲染阶段使用该纹理进行查找。

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此技术称为阴影贴图，具有从灯光可见像素的纹理称为阴影贴图。有关更详细的说明，请参阅Wikipedia article。

Answer 3

基本上是的，你的方法会产生阴影。但是，除非在GPU上完成，否则逐点执行并不是可行的性能（实时）。我不熟悉今天的API提供的内容，但我确信任何最近的引擎都会提供开箱即用的阴影。

你的'新想法'是在使用CPU完成渲染的日子里实现阴影 的方式。如果多边形的数量不是太大（或者你可以通过分组卷等来有效地拒绝整个束），那么可以用相当小的CPU功率来完成。

Answer 4

vanilla Java上的3D阴影渲染永远不会有效。您最好使用编写的图形库来利用图形卡的全部功能范围，例如OpenGL或DirectX。当您使用Canvas时（从您提供的屏幕截图中），您甚至可以使用JNI从本机代码绘制Canvas。因此，您可以使用图形库中的所有技术，只需稍微摆弄并直接从本机代码绘制Canvas。与编写自己的3D引擎相比，实现它的工作很少。

关于AWT原生访问的Wiki链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Java_AWT_Native_Interface 文档：http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/guides/awt/AWT_Native_Interface.html