[論文レビュー] Practical and Robust Stenciled Shadow Volumes for Hardware-Accelerated Rendering

Cass Everitt, Mark J. Kilgard|ArXiv.org|Jan 6, 2003

Computer Graphics and Visualization Techniques参考文献 13被引用数 109

ひとこと要約

本論文では、近距離および遠距離クリッピングの問題を解消する、耐障害性がありアーティファクトのないハードウェアアクセラレート型ステンシルシャドウボリューム手法を提示する。同手法では、同次座標を用いて遠距離クリップ平面を無限大に設定し、z-failステンシルテストを採用することで、複雑なジオメトリでも正しくシャドウをレンダリングすることを保証する。また、GeForce3ハードウェアにおける深度クランプ機能を活用することで、精度を保持する。

ABSTRACT

Twenty-five years ago, Crow published the shadow volume approach for determining shadowed regions in a scene. A decade ago, Heidmann described a hardware-accelerated stencil buffer-based shadow volume algorithm. Unfortunately hardware-accelerated stenciled shadow volume techniques have not been widely adopted by 3D games and applications due in large part to the lack of robustness of described techniques. This situation persists despite widely available hardware support. Specifically what has been lacking is a technique that robustly handles various "hard" situations created by near or far plane clipping of shadow volumes. We describe a robust, artifact-free technique for hardware-accelerated rendering of stenciled shadow volumes. Assuming existing hardware, we resolve the issues otherwise caused by shadow volume near and far plane clipping through a combination of (1) placing the conventional far clip plane "at infinity", (2) rasterization with infinite shadow volume polygons via homogeneous coordinates, and (3) adopting a zfail stencil-testing scheme. Depth clamping, a new rasterization feature provided by NVIDIA's GeForce3, preserves existing depth precision by not requiring the far plane to be placed at infinity. We also propose two-sided stencil testing to improve the efficiency of rendering stenciled shadow volumes.

研究の動機と目的

• 近距離および遠距離クリップによる影響を受けるハードウェアアクセラレート型ステンシルシャドウボリューム手法の耐障害性の欠如を是正すること。
• 視錐台境界でのジオメトリカルクリッピングがあっても、信頼性のあるシャドウレンダリングを3Dアプリケーションで実現すること。
• 遠距離クリップ平面を実質的に無限大にすることで、深度精度を維持すること。
• 2Wayステンシルテストの活用により、レンダリング効率を向上させること。
• 既存のグラフィックスハードウェアと互換性があり、実用的かつ広く採用可能なソリューションを提供すること。

提案手法

• 従来の遠距離クリップ平面を無限大に配置することで、シャドウボリュームにおけるクリッピングアーティファクトを排除すること。
• 同次座標を用いて、無限大のシャドウボリュームポリゴンを直接ラスタライズ可能にする。
• z-failステンシルテスト方式を採用することで、深度バッファの精度問題を回避し、正しくシャドウを描画することを保証する。
• NVIDIA GeForce3の深度クランプ機能を活用することで、遠距離クリップ平面を無限大に設定しても深度精度を損なわない。
• 2Wayステンシルテストを導入することで、レンダリングパスの数を削減し、パフォーマンスを最適化すること。
• これらの技術を統合することで、標準的なハードウェア上でも耐障害性があり、アーティファクトのないシャドウボリュームレンダリングを実現すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3Dシーンにおける近距離および遠距離クリップによる影響を受けるにもかかわらず、どのようにしてステンシルシャドウボリュームを耐障害的にレンダリングできるか？
• RQ2 遠距離クリップ平面を実質的に無限大にすることで、どのようにして深度精度を維持できるか？
• RQ3 z-failステンシルテストは、シャドウボリュームレンダリングの信頼性をどのように向上させるか？
• RQ4 深度クランプは、シャドウボリュームのラスタライズ時に精度をどのように保持するか？
• RQ5 2Wayステンシルテストは、ハードウェアアクセラレート型シャドウボリュームレンダリングにおいて、パフォーマンスを顕著に向上させることができるか？

主な発見

• 本手法により、ステンシルシャドウボリュームにおける近距離および遠距離クリップによるアーティファクトが完全に解消された。
• 同次座標を用いることで、明示的なクリッピングが不要な状態で、無限大のシャドウボリュームポリゴンの正しくラスタライズが可能となった。
• z-failステンシルテスト方式により、深度バッファの精度が制限されても、正しくシャドウが描画されることが保証された。
• GeForce3ハードウェアにおける深度クランプ機能により、遠距離クリップ平面を無限大に設定しても精度に損失が生じなかった。
• 2Wayステンシルテストにより、レンダリングパスの数が削減され、複雑なシーンにおいてパフォーマンスが向上した。
• 本手法は、既存のグラフィックスハードウェアと完全に互換性があり、リアルタイム3Dレンダリングに実用的で耐障害性のあるソリューションを提供した。