Approximative real-time soft shadows and diffuse reflections in dynamic scenes

Abstract

We present a method for rendering approximative soft shadows and diffuse reflections in dynamic scenes. The proposed method uses a low-order spherical harmonics basis to represent incident radiance and visibility on the hemisphere of a receiver point. Diffuse reflecting geometry and shadow casting geometry is represented as sets of spherical light sources. The spherical light sources of an object approximate its shape and diffuse reflections from any viewpoint. In a first pass, the light intensity distribution of all spherical light sources is updated using sample points on object surfaces. In a second pass, the average radiance and the visibility for each spherical light source at a receiver point is found. The product of average radiance and visibility is used to approximate the incident radiance from diffuse reflections.<br />Using spherical light sources instead of the actual geometry for both soft shadows and diffuse reflections allows us to compute the visibility and diffuse reflections of an object at run-time. Interactive performance with frame rates of over 20 fps is achieved for moderately complex scenes.<br />

Wir präsentieren eine Methode um angenäherte weiche Schatten und diffuse Reflektionen in dynamischen Szenen zu rendern. Wir stellen die Sichtbarkeit und das ankommende Licht an einem Szenenpunkt in der Basis der niederfrequenten Kugelflächenfunktionen dar. Die diffus reflektierende Geometrie einer Szene wird durch spherische Lichtquellen dargestellt. Die spherischen Lichtquellen eines Objektes nähern dessen Geometrie und diffuse Reflektionen an. In einem ersten Renderpass wird die Lichtintensität jeder spherischen Lichtquelle an die diffusen Reflektionen des repräsentierten Objektes angepasst. Dazu werden Samplepunkte auf der Oberfläche des Objektes benutzt. In einem zweiten Renderpass wird das mittlere Lichtintensität und die Sichtbarkeit jeder spherischen Lichtquelle an einem Szenenpunkt gefunden. Das Produkt aus Lichtintensität und Sichtbarkeit approximiert das ankommende Licht von diffusen Reflektionen an dem Szenenpunkt. Die Approximierung durch spherische Lichtquellen erlaubt es uns, die Sichtbarkeit und die diffusen Reflektionen eines Objektes zur Laufzeit zu berechnen. Wir erreichen interaktive Renderzeiten von über 20 fps in Szenen mittlerer Komplexität.