半角切片阴影 half-angle slice based —— 全网最好和最易懂的算法描述

本文主要是介绍半角切片阴影 half-angle slice based —— 全网最好和最易懂的算法描述，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

个人认为在算法描述上确实已经足够清晰和透彻了（在彻底通读了三篇论文以后）。

首先在说明这项看着貌似有点不太好理解的技术之前，一定要牢记一点：

Adding shadows to the volume lighting model means that light gets attenuated through the volume before being reflected back to the eye.

这才是阴影的本质，无非就是光照被其他体素遮挡了罢了。

如果觉得写得好，记得收藏关注呀~

算法概述

渲染过程

参考文献

算法概述

我们的技术与阴影体技术（事先计算好每个体素接受光的遮挡，然后储存到体里面）有两方面不同：

不生成阴影体，而是利用一个缓存来积累到达光源的光衰减量。
修改slice轴为从视线（或视线反方向）与光的方向夹角的一半，这样的话，在渲染的时候，渲染视点方向和渲染光方向就能都使用同一个切片了。

考虑以前渲染阴影体的方法里，在上图的a中，渲染物体以后，直接拿积累的不透明度乘以光就可以得到阴影了。但是在b中，得分别通过两组切片方法来分别渲染物体和阴影。但是这可能会造成衰减泄露：

两组切片的位置不一样，可能阴影切片的一组会把另一组遮挡住
两组切片间距不一样，造成遮蔽

所以要保证在光源方向的采样率和体渲染的采样率是一样的。

采用图中c和d的方法以后，体都是从光源方向开始进行渲染的（图中S的方向）。

如果要让对于视点方向而言的切片间距为dv，则切片方向的切片间距即为

这是要保证视点转动的时候采样间距不变。

红线表示的就是切片间距。黑线表示对视点来说的体渲染间距，紫线表示切片，橘线表示光线和半角线。

渲染过程

这是一个多过程步骤。首先每个切片首先从观察者的角度进行渲染，使用来自灯光视角的上一个过程的结果，这将调节当前切片中采样的亮度。然后从灯光的角度渲染同一切片，以计算到达下一层的灯光强度。

因为我们必须跟踪每个切片上衰减的光线量，所以我们使用了一个离屏渲染缓冲区，称为像素缓冲区。该缓冲区初始化为lightintensity（就是光强度，注意论文里的意思是1-光强度，这个"-"不是减号，而是表示破折号）。也可以使用任意图像初始化它，以创建聚光灯等效果。光源的投影矩阵不必是正交的；透视投影矩阵可以用于点光源。但是，整个体必须适合灯光的视锥。光通过简单地使用over操作符为每个样本累积不透明度来衰减。将纹理与下一帧的纹理相乘，然后将其与下一帧的结果混合。虽然这种复制到纹理的操作在当前一代图形硬件上得到了高度优化，但我们使用称为“渲染到纹理”（render to texture）的硬件扩展实现了性能的显著提高。此扩展允许我们直接将像素缓冲区绑定为纹理，避免了不必要的复制操作。

与以前的体积阴影方法相比，这种方法有许多优点。首先，衰减泄漏不再是一个问题，因为光传输（切片密度）的计算与数据量的分辨率分离。通过计算图像空间中的光衰减，我们可以将光传输的采样频率与最终的体绘制采样频率相匹配。其次，这种方法比那些需要体阴影映射的方法更有效地利用内存资源。只需要一个额外的2D缓冲区，而不是一个潜在的大的3D体积。这种方法的一个缺点是，由于图像空间采样，当不透明度从低到高急剧跃迁时，阴影边界可能会出现伪影。这可以通过使用比帧缓冲区更高的分辨率来克服。我们发现增加30%到50%的分辨率就足够了。

实现：

视点缓冲清零，光源缓冲的初始值设为光源强度（可以设置为纹理之类的创造聚光灯的效果，所以说只适合点光源或者方向光，虽然用的是纹理，但是真实感环境图上的光的方向不是方向光，而是向四面八方的）
根据视点和光的位置来生成切片
分为两个通道来计算：

通道一：

利用光源观察模型投影矩阵，把切片的顶点投影到光缓冲，把根据光源的视口大小和光缓冲大小将顶点位置转换为纹理坐标。
然后根据切片方向渲染体数据，把每个切片的体数据计算颜色和不透明度，根据当前切片上体素位置索引到当前的光照缓冲区的光照强度。然后计算能够到达下一层切片的光照强度，更新新的光照缓冲区值。
然后把从光源缓冲中查找的光强（此光强会在迭代每个切片的时候被不断更新）乘以颜色值，并把该切片的颜色和不透明度值混合到眼睛缓冲里。

通道二：按从前到后的顺序，把切片渲染积累融合到光源缓冲中

其实本质来说，跟使用光线投射方法，然后在击中的每个体素上都去计算光照衰减是一样的，只是这个方法计算更快一些。