什么是最快的阴影算法（仅限 CPU）？答案

【问题标题】：What is the fastest shadowing algorithm (CPU only)?什么是最快的阴影算法（仅限 CPU）？
【发布时间】：2014-03-12 09:37:40
【问题描述】：

假设我有一个 3D 模型：

模型以顶点、面（所有三角形）和法线向量的形式给出。模型可能有孔和/或透明部分。

对于任意放置在无限远的光源，我必须确定：

[必需]哪些三角形（部分）被其他三角形遮蔽

然后，对于部分阴影的三角形：

[bonus] 三角形面积的多少部分被阴影覆盖
[superbonus] 提出了一个可以准确描述阴影形状的新网格

我的最终应用程序必须在无头机器上运行，也就是说，它们没有 GPU。因此，OpenGL、OpenCL等所有标准的东西可能都不是最好的选择。

考虑到这一限制，确定这些事情的最有效算法是什么？

【问题讨论】：

您可以在没有 GPU 的情况下使用 OpenGL，请参阅 stackoverflow.com/questions/7310885/…
@PaulR：……但这是最优的吗？当以这种方式使用时，底层算法是否不会对可能使其在 CPU 上的效率低于严格必要的硬件做出假设？
我没有资格回答完整的问题 - 我只是想纠正之前的错误假设，即 OpenGL 不能在没有 GPU 的情况下使用。
只是为了确保我理解了这个问题：鉴于提供的图片，算法将返回几个三角形，它们就在盖子把手后面，一些在壶嘴底部后面，可能还有一些靠近壶嘴把手的底部，对吧？
@Marian：是的，当然还有整个背面 :) 所以，换一种说法：从平行光线光源观察时，哪些三角形（部分）不可见？

标签： algorithm 3d rendering shader occlusion-culling

【解决方案1】：

你有单个网格还是多个网格？

表示阴影是否投射在单个“地面”表面或更像是房间墙壁甚至物体附近。根据此信息，解决方案非常不同

用于平坦的地面/墙面

通常是投影到此表面的最佳方式

相机方向与光照法线相反，屏幕是对表面的渲染。表面通常不垂直于光线，因此您需要使用投影来补偿...每个目标表面需要 1 个渲染通道，因此如果阴影投影到近网格上（仅用于地面/墙壁），则不适合
用于更复杂的场景

您需要使用更高级的方法。它们有很多，每个都有其优点和缺点。我会使用 Voxel map，但如果您受到空间的限制，那么某些 stencil/vector 方法会更好。当然，所有这些技术都非常昂贵，如果没有 GPU，我什至不会尝试实现它们。

这是体素贴图的样子：

如果您只想要自阴影，那么 体素贴图 大小只能是网格周围的一些边界框，在这种情况下，您不需要合并整个网格体积，而只是将每个像素投影到光线方向（忽略第一个体素...）以避免光照表面上的阴影

【讨论】：

(1) 有多个网格，(2) 没有墙壁、地板等（我的真实对象是航天器），我只对这些网格的自阴影感兴趣， (3) ...所以基本上你是说~O(N²) 算法确实是最有名的，只是因为有专门的硬件，这些计算才能在游戏等事物中真正快速地完成？
有一些快捷方式，例如体素贴图（您只渲染整个场景两次）或投影多边形（您将每个网格投影到垂直于光的平面上，对其进行多边形化/三角化，然后在真正的渲染过程中通过如果渲染像素在任何阴影多边形内，添加测试）如果渲染像素在阴影内，只需将颜色更改为较暗的颜色...根据我的观点，体素图是最快的，但需要大量内存才能获得更高的精度...但很容易实现......并且使用三线性过滤内存消耗不是那么高......
@RodyOldenhuis 其实没那么容易。从理论上讲，光线追踪是每个样本算法的 O(log(n))，它只是光栅化的实际实现是每个样本的 O(n) 快得令人眼花缭乱。此外，您经常对多个样本深度进行光线追踪。但是，是的，深度映射很容易，因为它对于 z-map 的每盏灯都有一个微不足道的光栅化
对于网格表面的每个渲染像素，从该像素/体素位置沿光方向绘制线，直到地图边界，并使该线的第一个像素保持未渲染。此外，如果您发现渲染的体素已经处于最大阴影中，则停止。这条线很简单 for 循环......如果地图不是太大（256*256*256 就足够了）。与多边形化 + 投影到表面相比，它要快得多 ...