阴影技术作为重要的渲染技术之一,在帮助人们理解三维空间中物体的几何形状、大小、及相对位置起着至关重要的作用。由于符号距离场具有能够表达三维空间场景信息的特点被广泛应用于渲染高质量的软阴影效果。然而,现有利用符号距离场进行软阴影渲染的算法由于遮挡率估计不准确,造成半影收缩等问题。针对该问题,在充分研究一阶符号距离场特点的基础上,本文提出了一种基于一阶符号距离场的软阴影改进算法。其基本思想是,通过一阶符号距离场,将着色点受遮挡物所投影到球面光源的复杂遮挡区域近似为多个弓形区域的并集,从而能够解析判断采样的多根阴影射线是否与多弓形区域相交,并结合蒙特卡洛方法即可更为准确地估计遮挡率。在满足实时性的基础上,本文算法能够渲染出更高质量的软阴影效果。具体而言,本文工作的主要内容包括:1.提出一种复杂遮挡区域的估计方法。针对阴影射线与复杂遮挡区域相交计算十分耗时的问题,本文使用多弓形区域近似复杂遮挡区域,实现阴影射线与复杂遮挡区域的解析求交;并通过一阶符号距离场中所蕴含的一阶偏导信息快速确定多弓形区域位置及大小,使得近似误差尽可能地小。2.提出一种基于弓形区域的遮挡率计算策略。根据着色点受弓形区域遮挡的数量,选择不同的遮挡率计算方式。当近似区域为单个弓形区域时,本文通过解析计算该弓形区域面积,进而快速计算遮挡率。而当近似区域为多弓形区域时,常存在重叠的情况,难以解析求解其并集面积。针对该问题,本文提出在着色点处发射多根随机阴影射线,通过多弓形区域对其解析求交,接着利用蒙特卡洛方法累积射线的可见性,以实现遮挡率的快速准确计算。3.提出一种基于几何遮挡空间的模型剔除策略。在计算遮挡率的过程中,需要计算每个模型的遮挡区域,由于部分模型对于着色点不造成遮挡,带来无效计算的问题。针对该问题,本文通过结合面光源的几何特性,利用其和着色点所构成的几何遮挡空间,剔除与该空间并不相交的模型,提高绘制效率。实验结果表明,本文算法能够更为准确估计复杂遮挡区域;基于估计的遮挡区域,本文算法较对比算法能更为准确地计算遮挡率,避免基于符号距离场的软阴影算法因遮挡率估计不准确所造成半影收缩等问题,使得渲染的软阴影过渡效果更为自然;本文算法最终能够在满足实时性的基础上,渲染出更为真实的软阴影效果。