Efficient shadow anti-aliasing techniques using silhouette revectorization

Abstract

A renderização em tempo real de sombras de alta qualidade é um problema desafi ador na área de computação gráfica. A técnica de mapeamento de sombras é a mais adotada para resolver tal problema, porém ela introduz artefatos de serrilhamento ao longo da silhueta das sombras e não é capaz de simular o efeito de penumbra. As técnicas capazes de simular penumbra são computacionalmente muito custosas, provendo desempenho muito mais lento do que o necessário para o tempo real. Nesta tese, é apresentada a técnica de mapeamento de sombras baseada em revetorização, uma técnica que leva em consideração a resolução do ponto de vista da câmera e a forma da silhueta da sombra para prover anti-serrilhamento com um baixo custo adicional de processamento. Levando em consideração a melhoria na qualidade visual obtida com a técnica de revetorização de sombras, a função de visibilidade baseada em revetorização é estendida para a proposição de um conjunto de técnicas que proveem anti-serrilhamento de alta qualidade para sombras com ou sem penumbra. A transformada de distância Euclidiana também é integrada com a função de visibilidade baseada em revetorização para prover escalabilidade e desempenho em tempo real para a simulação de penumbras. Os resultados, avaliados em termos de qualidade visual e tempo de renderização, mostram que as técnicas propostas produzem menos artefatos visuais do que os trabalhos relacionados, enquanto mantém o desempenho em tempo real, principalmente para o cálculo de sombras sem penumbra.

Real-time rendering of high-quality shadows is a challenging problem in computer graphics. Shadow mapping is widely adopted for real-time shadow rendering, but introduces aliasing artifacts along the shadow silhouette and is not able to simulate the penumbra effect. Techniques that simulate penumbra are computationally expensive, providing performance far from real time. In this thesis, we present the revectorization-based shadow mapping, a technique that takes advantage of the camera-view resolution and the shadow silhouette shape to suppress shadow aliasing artifacts at little additional cost. Inspired by the superior visual quality obtained with the shadow silhouette revectorization, we extend the revectorization-based visibility function to propose a set of techniques that provide high-quality anti-aliasing for both shadow rendering and penumbra simulation. We further integrate the Euclidean distance transform into the revectorization-based visibility function to provide scalability and real-time performance for the penumbra simulation. The results, evaluated in terms of visual quality and rendering time, show that the proposed techniques produce less visual artifacts than related work, while keeping the real-time performance, mainly for the shadow rendering without the penumbra simulation.