Clustered Deep Shadow Maps for multiple volumes and geometry using CUDA

Abstract

In der Computergrafik spielen Schatten eine bedeutende Rolle und tragen wesentlich zur Atmosphäre in einer drei dimensionalen Szene bei.<br />Das Zusammenspiel von Schatten volumetrischer Objekte, wie etwa Wolken oder Rauch, als auch Schatten von polygonaler Geometrie stellt in der Echtzeitgrafik eine besondere Herausforderung dar.<br />Ziel dieser Diplomarbeit ist es, qualitativ hochwertige Schatten in Szene mit mehreren volumetrischen sowie lichtdurchlässigen polygonalen Objekten zu berechnen. Schatten werden dabei auf Objekte vom selben Typ als auch auf Objekte von unterschiedlichem Typ geworfen. Dazu wird die Implementierung von Deep Shadow Maps auf Basis eines Polyhedral Volume Renderers beschrieben. Die Implementierung unterstützt neben Spot-Lichtquellen auch omnidirektionale Lichtquellen. Des Weiteren werden zwei verschiedene Methoden beschrieben wie Deep Shadow Maps abgespeichert werden. Um qualitativ bessere Ergebnisse zu erzielen, werden Objekte der Szene in Gruppen zusammengefasst und für jede Gruppe eine separate Deep Shadow Map berechnet.<br />Auf aktueller Hardware können Schatten in Szenen, bestehend aus mehreren volumetrischen Objekten sowie polygonaler Geometrie, mit interaktiven Frameraten berechnet werden.<br />

In computer graphics shadows play an essential role. Besides visual cues they put a lot of atmosphere into a three dimensional scene.<br />The complex interaction of shadows casted by volumetric objects like clouds or smoke as well as shadows casted by polygonal geometry is very challenging in real-time graphics.<br />This thesis presents an integrated solution for high quality shadows in scenes involving multiple volumetric as well as translucent polyhedral objects. Shadows between the same type of object and different object types are supported in any direction. The algorithmic solution integrates Deep Shadow Maps and Polyhedral Volume Rendering implemented in CUDA. Two different memory management strategies for storing DSMs are discussed. The described implementation supports spotlights as well as omnidirectional light sources. DSM clustering further improves rendering quality.<br />The described method achieves interactive frame rates for shadow calculation and rendering of multiple volumetric objects and polyhedral geometry on current graphics hardware.