3D阴影实现思路答案

【问题标题】：3D Shadow implementation idea3D阴影实现思路
【发布时间】：2012-08-21 20:53:26
【问题描述】：

假设您的眼睛位于对象 A 上的表面点 P1 上，并且有一个目标对象 B，并且对象 B 后面有一个点光源。

问题：如果我看向光源并说“我在阴影中”，如果我因为物体 B 而看不到光，我是否正确？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，那么我们是否可以在 A 的表面上构建一个“阴影几何”（黑色）对象，然后因为光、B、A 等的运动而不断改变它... 在实时 ?假设一个球体（A）有 1000 个顶点，而其他球体（B）也有 1000 个顶点，那么这是否意味着 100 万个比较？（是阴影，O（N ^ 2）（时间）复杂度？）。我不确定复杂性，因为改变 P1（眼睛）也会改变 B 的可见点（在 P1 和光源点之间）。那么二阶及更高级别的阴影（例如灯光在两个物体之间多次反射）呢？

我现在正在使用 java-3D，但它没有影子功能，所以我想转移到其他与 java 兼容的库。

谢谢。

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

新思路： java3D 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对象的碰撞。如果发生碰撞，请添加该顶点corrd。到阴影列表，但这仅适用于点灯:( .

任何提供真正的 java3d 阴影库的人都会很有帮助。

java3D 中的极小样本 Geomlib 阴影/光线追踪将是最好的 可能是光线追踪示例？

我知道这有点难，但至少有一百人尝试过。

谢谢。

【问题讨论】：

当然可以。它会在 CPU 上花费一些东西，但在 GPU 的时代，这是很有可能的。 OpenGL 和 Java3D 应该能够做到。这是早已为人所知的技术。
我知道 java3D 是一个线程实现，但是在多核 cpus 和 gpus 上执行时它会有所改进吗？
我的猜测是多核是“是”，因为将线程分配给一个核心是有意义的。 GPU 是另一回事，因为作者必须明确写入 NVIDIA API。您会知道，因为您需要将 NVIDIA .dll 添加到 PATH。我对 GPU 的猜测是“不”。
你能在你的答案中举一个光线追踪/阴影的小例子吗？

标签： java 3d shadow java-3d

【解决方案1】：

您的方法可以总结如下：

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
    }
}

有趣的事实是这就是今天在 GPU 上完成实时阴影的方式。

但是，要有效地工作并非易事。渲染场景是一个逐个三角形的简化过程。如果对于每个三角形中的每个点（像素、片段）都需要考虑其他三角形中的所有其他三角形来检查光线相交，那将非常麻烦。

那么如何有效地做到这一点呢？答：颠倒这个过程。

场景中的灯光通常比像素少得多。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
    }
 }

这似乎快了很多......但仍然存在两个问题：

如何找到光线可见的所有像素？
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：

为了找到光源可见的所有点，在此处放置一个相机并渲染整个场景！深度测试会剔除不可见的点。
要让此结果稍后可访问，请将其保存为纹理并在实际渲染阶段使用该纹理进行查找。

这种技术称为Shadow Mapping，具有从灯光可见的像素的纹理称为Shadow Map。有关更详细的说明，请参阅例如Wikipedia article。

【讨论】：

（为了完整起见，请阅读 Shadow volume，这是一种过去在游戏中非常流行的不同的阴影方法）

【解决方案2】：

普通 Java 上的 3D 阴影渲染永远不会高效。您最好使用为利用图形卡的全部功能而编写的图形库，例如 OpenGL 或 DirectX。当您使用 Canvas（来自您提供的屏幕截图）时，您甚至可以使用 JNI 从本机代码绘制该 Canvas。因此，您可以使用图形库中的所有技术，只需稍作改动，直接从本机代码绘制您的 Canvas。与编写您自己的 3D 引擎相比，使其工作所需的工作量很少。

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

【讨论】：

【解决方案3】：

基本上是的，你的方法会产生阴影。但是逐点进行是不可行的性能明智（实时），除非它在 GPU 上完成。我不熟悉 API 现在提供的功能，但我确信任何最近的引擎都会提供一些开箱即用的影子。

您的“新想法”是在渲染仍由 CPU 完成的日子里实现阴影的方式。如果多边形的数量不太大（或者您可以通过对体积进行分组等来有效地拒绝整束），则可以使用相当少的 CPU 资源来完成。

【讨论】：

【解决方案4】：

Shadows 可能是 3D 图形编程中最复杂的主题，并且有很多方法，但应根据任务要求确定最佳选项。您正在谈论的算法是实现从聚光灯到平面的阴影的最简单方法。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，该方法是将同一对象渲染两次：一次从相机视点，一次从光源点。您需要准备模型视图矩阵以在这两个视图之间进行转换。从光源点渲染对象后，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 坐标转换为前一个视图，并检查相应的深度值。这实质上为您提供了一种方法来判断哪些像素被阴影覆盖。

性能影响来自两次渲染同一个对象。如果您的任务不假设阴影投射解决方案的高可扩展性，那么它可能是一种可行的方法。

Is there an easy way to get shadows in OpenGL?

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

【讨论】：