T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 1 ,   M a r c h   2 0 1 2 ,   p p .   1 7 1 ~ 1 7 8   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           1 7 1       R e c e i v e d   O c t o b e r   6 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   N o v e m b e r   2 3 th ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   J a n u a r y   9 th ,   2 0 1 2   A n   O v e r v i e w   o n   B a s e   R e a l - T i m e   S h a d o w   T e c h n i q u e s   i n   V i r t u a l   E n v i r o n m e n t s       H o s h a n g   K o l i v a n d * ,   M o h d   S h a h r i z a l   S u n a r   Vi C u b e l a b ,   D e p t .   o f   C o m p u t e r   G r a p h i c s   M u l t i m e d i a ,   F a c .   o f   C o m p u t e r   S c i e n c e   &   I n f o r m a t i o n   Sy s t e m s   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M a l a y s i a   ( U T M ) ,   8 1 3 1 0   Sk u d a i ,   J o h o r ,   M a l a y s i a   e - m a i l :   s h a h i n k e y @ y a h o o . c o m ,   s h a h @ f s k s m . u t m . m y         A b s t r a k   Ba y a n g a n   ( s h a d o w )   a d a l a h   s a n g a t   b a g u s   u n t u k   m e n c i p t a k a n   s u a s a n a   r e a l i s t i s   p a d a   l i n g k u n g a n   v i r t u a l .   B e r v a r i a s i n y a   t e k n i k   s h a d o w   m e n d o r o n g   Pe n u l i s   u n t u k   m e m p e r s i a p k a n   t i n j a u a n   p a d a   s e m u a   t e k n i k   s h a d o w   d a s a r .   T e k n i k   s h a d o w   d a p a t   d i k a t e g o r i k a n   d u a   k e l a s   b e s a r ,   t e k n i k   w a k t u - n y a t a   d a n   t e k n i k   n o n   w a k t u - n y a t a .   Pa d a   j i p l a k a n   s i n a r   t e k n i k   n o n   w a k t u - n y a t a ,   p e m i l i h a n   j i p l a k a n   d a n   r a d i o s i t a s   a d a l a h   s a n g a t   d i k e n a l ,   d a n   d i j e l a s k a n   s e c a r a   m e n d a l a m .   R a d i o s i t a s   d i t e r a p k a n   u n t u k   m e n c i p t a k a n   b a y a n g a n   y a n g   s a n g a t   r e a l i s t i s   p a d a   t e k n i k   n o n   w a k t u - n y a t a .   Ka r e n a   a l g o r i t m a   r a d i o s i t a s   t r a d i s i o n a l   s u l i t   d i i m p l e m e n t a s i k a n ,   Pe n u l i s   m e n g u s u l k a n   s e s u a t u   y a n g   s e d e r h a n a   u n t u k   m e n a n g a n i   h a l   i n i .   Ko d e   p s e u d o   y a n g   d i u s u l k a n   l e b i h   m u d a h   u n t u k   d i p a h a m i   d a n   d i i m p l e m e n t a s i k a n .   J i p l a k a n   s i n a r   d i g u n a k a n   u n t u k   m e n c e g a h   t a b r a k a n   o b j e k - o b j e k   b e r g e r a k .   Ba y a n g a n   p r o y e k s i ,   b a n y a k n y a   b a y a n g a n   d a n   p e m e t a a n   b a y a n g a n   d i g u n a k a n   u n t u k   m e m b u a t   b a y a n g a n   w a k t u - n y a t a   p a d a   l i n g k u n g a n   v i r t u a l .   Ba y a n g a n   p r o y e k s i   t e l a h   d i g u n a k a n   u n t u k   b e b e r a p a   o b j e k   s t a t i s   d a n   m e m i l i k i   b a y a n g a n   p a d a   p e r m u k a a n   d a t a r .   Ba n y a k n y a   b a y a n g a n   d i g u n a k a n   u n t u k   m e m b u a t   b a y a n g a n   y a n g   a k u r a t   d e n g a n   g a r i s   t a j a m .   Pe m e t a a n   s h a d o w   y a n g   m e r u p a k a n   t e k n i k   d a s a r   d a r i   s e m u a   t e k n i k   t e r k i n i ,   d i r e k o n s t r u k s i .   A l g o r i t m a   r e k o n s t r u k s i   i n i   m e m b e r i k a n   b e b e r a p a   i d e   b a r u   u n t u k   m e n g u s u l k a n   a l g o r i t m a   l a i n   b e r d a s a r k a n   p e m e t a a n   b a y a n g a n .       K a t a   k u n c i :   b a n y a k n y a   b a y a n g a n ,   j i p l a k a n   s i n a r   ,   p e m e t a a n   b a y a n g a n ,   p e m i l i h a n   s i n a r ,   r a d i o s i t a s       A b s t r a c t   Sh a d o w s   a r e   e l e g a n t   t o   c r e a t e   a   r e a l i s t i c   s c e n e   i n   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t s .   V a r i e t y   t y p e s   o f   s h a d o w   t e c h n i q u e s   e n c o u r a g e   u s   t o   p r e p a r e   a n   o v e r v i e w   o n   a l l   b a s e   s h a d o w   t e c h n i q u e s .   N o n   r e a l - t i m e   a n d   r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   a r e   b i g   s u b d i v i s i o n   o f   s h a d o w   g e n e r a t i o n .   I n   n o n   r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   r a y   t r a c i n g ,   r a y   c a s t i n g   a n d   r a d i o s i t y   a r e   w e l l   k n o w n   a n d   d e e p l y   d e s c r i b e d .   R a d i o s i t y   i m p l e m e n t e d   t o   c r e a t e   v e r y   r e a l i s t i c   s h a d o w   o n   n o n   r e a l - t i m e   s c e n e .   Al t h o u g h   t r a d i t i o n a l   r a d i o s i t y   a l g o r i t h m   i s   d i f f i c u l t   t o   i m p l e m e n t ,   w e   h a v e   p r o p o s e d   a   s i m p l e   o n e .   T h e   p r o p o s e d   p s e u d o   c o d e   i s   e a s i e r   t o   u n d e r s t a n d   a n d   i m p l e m e n t .   R a y   t r a c i n g   u s e d   t o   p r e v e n t   o f   c o l l i s i o n   o f   m o v e m e n t   o b j e c t s .   Pr o j e c t i o n   s h a d o w ,   s h a d o w   v o l u m e   a n d   s h a d o w   m a p p i n g   a r e   u s e d   t o   c r e a t e   r e a l - t i m e   s h a d o w   i n   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t s .   W e   h a v e   u s e d   p r o j e c t i o n   s h a d o w   f o r   s o m e   o b j e c t s   a r e   s t a t i c   a n d   h a v e   s h a d o w   o n   f l a t   s u r f a c e .   Sh a d o w   v o l u m e   u s e d   t o   c r e a t e   a c c u r a t e   s h a d o w   w i t h   s h a r p   o u t l i n e .   Sh a d o w   m a p p i n g   t h a t   i s   t h e   b a s e   o f   m o s t   r e c e n t l y   t e c h n i q u e s   i s   r e c o n s t r u c t e d .   T h e   r e c o n s t r u c t   a l g o r i t h m   g i v e s   s o m e   n e w   i d e a   t o   p r o p o s e   a n o t h e r   a l g o r i t h m   b a s e d   o n   s h a d o w   m a p p i n g .             K e y w o r d s :   r a d i o s i t y ,   r a y   c a s t i n g ,   r a y   t r a c i n g ,   s h a d o w   m a p p i n g ,   s h a d o w   v o l u m e         1 .     I n t r o d u c t i o n   C o m p u t e r   g r a p h i c s   h a v e   b e c o m e   o n e   o f   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   p a r t s   o f   o n l i n e   a n d   o f f l i n e   g a m e s ,   a d v e r t i s e m e n t   a n d   s i m u l a t i o n   i n   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t .     W h e n   y o u   a r e   l o o k i n g   o n   T V ,   o n   t h e   i n t e r n e t ,   p l a y i n g   g a m e s   o r   l o o k i n g   i n   t h e   e a c h   b i l l b o a r d   o n   s t r e e t s ,   y o u   c a n   s e e   a   l o t   o f   c o m p u t e r   g r a p h i c ' s   e f f e c t s .   C o m p u t e r   g r a p h i c   h a s   b e e n   a   d r a m a t i c a l l y   d e v e l o p m e n t   s i n c e   a b o u t   f i f t e e n   y e a r s   b a c k ,   w h e n   u s e r s   w e r e   h a p p y   w i t h   a b i l i t y   o f   c o m p u t e r   t e c h n o l o g y   w i t h o u t   a n y   h i g h   q u a l i t y   g r a p h i c s .       T o   h a v e   a   r e a l i s t i c   e n v i r o n m e n t ,   s h a d o w   i s   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   e f f e c t   t h a t   r e v e a l s   m o r e   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   d i s t a n c e   b e t w e e n   o b j e c t s   i n   t h e   s c e n e .   I t   i s   t h e   m a j o r   f a c t o r   o f   3 - D   g r a p h i c s   f o r   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t   b u t   u n f o r t u n a t e l y   i s   d i f f i c u l t   t o   b e   i m p l e m e n t e d   i n   d i s p l a y   e n v i r o n m e n t   e s p e c i a l l y   i n   r e a l - t i m e   g a m e s .   I n   c o m p u t e r   g a m e s ,   s h a d o w s   g i v e   t h e   g a m e r s   f e e l i n g   a s   i f   t h e m   p l a y i n g   i n   r e a l i s t i c   w o r l d   a n d   p r o v i d e   m a x i m u m   p l e a s u r e .   A   g a m e   w i t h   l a c k   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 7 1     1 7 8   1 7 2 s h a d o w s   c a n n o t   b e   a t t r a c t i v e   e s p e c i a l l y   i n   t h i s   c e n t u r y   w h e r e   g a m e r s '   i m a g i n a t i o n   r e q u e s t   m o r e   r e a l i s t i c   e n v i r o n m e n t   w h e n   t h e y   a r e   w a t c h i n g   c a r t o o n s   o r   p l a y i n g   g a m e s .   T h e r e   a r e   t w o   k i n d s   o f   s h a d o w ,   h a r d   s h a d o w   a n d   s o f t   s h a d o w .   W h e r e   t h e   l i g h t   s o u r c e   i s   a s   a   p o i n t ,   i t   p r o d u c e s   h a r d   s h a d o w .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   w h e r e   t h e   l i g h t   s o u r c e   i s   a   w i d e ,   o r   t h e r e   i s   m o r e   t h a n   o n e   l i g h t   p o i n t   s o u r c e ,   s o f t   s h a d o w   w i l l   b e   a p p e a r e d .   I n   t h e   o t h e r   w o r d ,   t r a n s i t i o n   i s   t h e   f a c t o r   t h a t   d e t e r m i n e s   w h e t h e r   t h e   s h a d o w   i s   h a r d   o r   s o f t .   I f   t h e   t r a n s i t i o n   o c c u r s ,   w i t h i n   o n e   p i x e l ,   t h e   s h a d o w   i s   c l a s s i f i e d   a s   h a r d   s h a d o w ,   b u t   i f   t h e   t r a n s i t i o n   o c c u r s   w i t h i n   m o r e   t h a n   o n e   p i x e l   a n d   t h e   c o l o u r   o f   t h e   s h a d o w   b l e n d s   d u r i n g   t h e   t r a n s i t i o n ,   t h e n   t h i s   s h a d o w   i s   c o n s i d e r e d   a s   s o f t   s h a d o w .   I n   1 9 9 7   F r a n k   C r o w   [ 1 ]   i n t r o d u c e s   t h e   m a i n   i d e a   o f   s h a d o w   v o l u m e   a n d   p u b l i s h e d   h i s   r a y - c a s t i n g   p a p e r   b a s e   o n   s h a d o w   v o l u m e   a l g o r i t h m   e n t i t l e d   " S h a d o w   A l g o r i t h m s   f o r   C o m p u t e r   G r a p h i c s " .   H i s   m e t h o d   e x p l i c i t l y   c l i p s   s h a d o w   g e o m e t r y   t o   t h e   v i e w   f r u s t u m .   I n   1 9 9 1 ,   H e i d m a n n   p u b l i s h e d   a   p a p e r   b a s e   o n   v o l u m e   s h a d o w   u s i n g   s t e n c i l   b u f f e r   w h i c h   i s   a   m a i n   i d e a   o f   s h a d o w   v o l u m e   a l g o r i t h m   [ 2 ] .     I n   1 9 9 7 ,   H e c k b e r t ,   P .   a n d   M .   H e r f ,   p r o p o s e d   t h e   f a m o u s   a l g o r i t h m   o n   s o f t   s h a d o w   [ 3 ] .   T h e y   e x p l a i n   a n   a l g o r i t h m   f o r   s i m u l a t i n g   s h a d o w   a s   a   s o f t   s h a d o w   f o r   w i d e   l i g h t   s o u r c e .   I n   t h i s   p a p e r   t h e y   c o u l d   g e n e r a t e   s o f t   s h a d o w   o f   c o m p l e x i t y   o c c l u d e r   o n   a r b i t r a r y   o b j e c t s .   T h e   w o n d e r   t h i n g   i n   t h e i r   a l g o r i t h m   i s   t h a t ,   i t   c a n   c r e a t e   s o f t   s h a d o w   i n d e p e n d e n t   o f   s i z e   o f   l i g h t   s o u r c e .   B u t   t h e y   g e n e r a t e   s o f t   s h a d o w   b y   s a m p l i n g   o f   h a r d   s h a d o w .   I n   t h i s   a l g o r i t h m ,   i t   i s   n e e d e d   t o   h a v e   m o r e   s a m p l e s .   G o o c h   e t   a l .   ( 1 9 9 9 )   i s   t h e   a n o t h e r   r e s e a r c h e r   w h o   h a s   w o r k e d   o n   s o f t     s h a d o w   [ 4 ] .     A n o t h e r   a l g o r i t h m   t h a t   C a r m a c k   s u g g e s t e d   i n   y e a r   2 0 0 0   w a s   a   b i t   d i f f e r e n t   f r o m   t h e   p r e v i o u s   a l g o r i t h m s   t h a t   i n c l u d e   r a y s   t h a t   a r e   t r a c e d   f r o m   i n f i n i t y   t o w a r d s   t h e   e y e   [ 5 ] .     S h a d o w   M a p s   s u g g e s t e d   b y   F e r n a n d o   e t   a l   [ 6 ] ,   w h i c h   a r e   a n   e x t e n s i o n   t o   t h e   t r a d i t i o n a l   s h a d o w   m a p p i n g   t e c h n i q u e .   I n   y e a r   2 0 0 2 ,   L e n g y e l   p r o p o s e   a   h y b r i d   a l g o r i t h m   t h a t   u s e s   f a s t e r   Z - p a s s   r e n d e r i n g   [ 7 ] .   M a t t   O l s o n   a n d   H a o   Z h a n g   [ 8 ] ,   i n   2 0 0 8   w o r k   o n   t a n g e n t - s p a c e   a n d   t h e y   f o c u s e d   o n   t a n g e n t i a l   d i s t a n c e   o f   o b j e c t s   t o   b e   u s e d   i n   p o l y g o n   m e s h   s i l h o u e t t e   d e t e c t i o n .   I n   2 0 1 1 ,   D a n i e l   S c h e r z e r   e t   a l .   p u b l i s h e d   a   s u r v e y   e n t i t l e d   A   S u r v e y   o f   R e a l - T i m e   H a r d   S h a d o w   M a p p i n g   M e t h o d s .     T h e y   r e v i e w e d   m o s t   h a r d   s h a s o w   t e c h n i q u e s   b a s e d   o n   s h a d o w   m a p p s   [ 9 ] .     K o l i v a n d   e t   a l .   c o m p a r e d   s h a d o w   m a p p i n g   a n d   s h a d o w   v o l u m e   i n   d e t a i l e s   [ 1 0 ] .   T h e y   h a v e   i n t r o d u c e d   s o m e   a d v a n t a g e s   a n d   d r a w b a c k   o f   e a c h   t e c h n i q u e .   I n   2 0 0 9 ,   L i u   e t   a l [ 1 1 ]   p r e p a r e d   a   v e r y   g o o d   s u r v e y   o f   s h a d o w   r e n d e r i n g   w i t h   a t t e n t i o n   t o   p r o j e c t i o n   s h a d o w s   a n d   v o l u m e   s h a d o w s .       2 .     S h a d o w   T e c h n i q u e s   T h e r e   a r e   t w o   k i n d s   o f   t e c h n i q u e   t o   g e n e r a t e   s h a d o w .   R e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   a r e   i n t e r a c t i v e   a n d   s o   d i f f i c u l t   t o   u n d e r s t a n d   a n d   i m p l e m e n t   b u t   n o n   r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   a r e   n o n - i n t e r a c t i v e   ( F i g u r e   1 ) .   A l t h o u g h   n o n - r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   a r e   n o t   i n t e r a c t i v e ,   t h e y   h a v e   h i g h   q u a l i t y   s p e c i a l l y   t o   c r e a t e   s h a d o w .   R a y   c a s t i n g ,   r a y   t r a c i n g   a n d   r a d i o s i t y   a r e   n o n - r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s   t h a t   a r e   s o   p o w e r f u l   t o   c r e a t e   h i g h   q u a l i t y   i n t e r a c t i o n   b e t w e e n   l i g h t   s o u r c e s   a n d   o b j e c t s .   P r o j e c t i o n   s h a d o w ,   v o l u m e   s h a d o w   a n d   s h a d o w   m a p p i n g   a r e   f a m o u s   t e c h n i q u e s   t o   c r e a t e   r e a l - t i m e   s h a d o w .     2 . 1 .   N o n - R e a l - T i m e   T e c h n i q u e s   N o n - r e a l   t i m e   i s   a   t e r m   u s e d   t o   d e s c r i b e   a   p r o c e s s   t h a t   d o e s   n o t   h a p p e n   q u i c k l y .   F o r   e x a m p l e ,   n o n - r e a l - t i m e   s h a d o w s   d o e s n t   n e e d   t o   r e s p o n s e   w i t h   a n y   i n p u t   i m m e d i a t e l y .   O n e   o f   t h e   t e c h n i q u e s   t o   c r e a t e   s h a d o w   i s   n o n - r e a l   t i m e   t e c h n i q u e s .   T h e s e   t e c h n i q u e s   n e e d   a   h u g e   a m o u n t   o f   c a l c u l a t i o n   a n d   c o u l d   n o t   b e   u s e   i n   a   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n .   A l t h o u g h   n o n -   r e a l   t i m e   t e c h n i q u e s   a r e   n o t   c o n v e n i e n t   f o r   r e a l   t i m e   e n v i r o n m e n t ,   b u t   t h e y   h a v e   a   h i g h   q u a l i t y .   I n   f o l l o w i n g   t h r e e   i m p o r t a n t   n o n - r e a l   t i m e   t e c h n i q u e s   w i l l   b e   d e s c r i b e d .       2 . 1 . 1 .   R a y   C a s t i n g   R a y   c a s t i n g   i s   a   p r o c e s s   t h a t   u s e s   o f   r a y - s u r f a c e   i n t e r s e c t i o n   t e s t s   t o   s o l v e   a   d i v e r s i t y   o f   p r o b l e m s   i n   c o m p u t e r   g r a p h i c s .   I t   i s   h e l p f u l   i n   r e c o g n i z i n g   a n d   s o l v i n g   a   s u b s t a n t i a l   n u m b e r   o f   p r o b l e m s   t h a t   t h e y   r e l a t e d   i n   c o m p u t e r   g r a p h i c s .   S o m e b o d y   c o n f u s e d   t h i s   w i t h   t h e   p r o c e s s   o f   r a y   t r a c i n g ,   b u t   t h e y   a r e   d i f f e r e n t .   R a y   c a s t i n g   c a n n o t   d o   s o m e   o f   t h e   s a m e   f u n c t i o n s   i n   r a y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A n   O v e r v i e w   o n   B a s e   R e a l - T i m e   S h a d o w   T e c h n i q u e s   i n   V i r t u a l   .   ( H o s h a n g   K o l i v a n d )   1 7 3   t r a c i n g   a n d   i t   i s   f a s t e r   t h a n   t h e   r a y   t r a c i n g   t o   m o v e .   I n   1 9 8 2 ,   S c o t t   R o t h   w a s   t h e   f i r s t   s c i e n t i s t   r e s e a r c h e r   t h a t   u s e   r a y   t r a c i n g   i n   c o m p u t e r   g r a p h i c s   t o   d e s c r i b e   a   m e t h o d   f o r   r e n d e r i n g   o n e   k i n d   o f   m o d e s   [ 1 2 ] .       F i g u r e   1 .   S h a d o w   T e c h n i q u e s       R a y   c a s t i n g   i s   f a s t e r   v e r s i o n   o f   t h e   r a y - t r a c i n g   a l g o r i t h m .   B o t h   r a y   c a s t i n g   a n d   r a y   t r a c i n g   a r e   i m a g e   o r d e r   a l g o r i t h m s   t o   r e n d e r   3 - D   s c e n e s   t o   2 - D   s c r e e n s   b y   f o l l o w i n g   r a y s   f r o m   p o i n t   o f   v i e w   t h r o u g h   t o   t h e   l i g h t   s o u r c e .   T h e   r a y   c a s t i n g   c a n   b e   d i v i d e d   i n   t w o   s e p a r a t e   p a r t s .   T h e   f i r s t   p a r t   i s   f i n d i n g   i n t e r s e c t i o n   o f   r a y   w i t h   e a c h   p i x e l   o f   s c e n e .   T h e   s e c o n d   p a r t   i s   t o   r e c o g n i z e   c o l o r   o f   t h a t   u s i n g   a n   e n v i r o n m e n t   m a p .   T h e   s i m p l e   a l g o r i t h m   f o r   r a y   c a s t i n g   i s :     F o r   e a c h   s a m p l e       C o n s t r u c t   r a y   f r o m   e y e   t h r o u g h   t h e   p l a n e .         F i n d   f i r s t   s u r f a c e   i n t e r s e c t   b y   r a y   t h r o u g h   p i x e l .         C o m p u t e   c o l o r   s a m p l e   b a s e d   o n   s u r f a c e   r a d i a n c e .     E n d   f o r       T o   i m p l e m e n t   o f   t h i s   a l g o r i t h m   i s   s o   e a s y :     I m a g e _ R a y _ C a s t i n g ( C a m e r a   c a m ,   S c e n e   s e n ,   I n t   w i t h ,   I n t   h e i g h t )     {             I m a g e   i m g = n e w   I m a g e ( w i t h ,   h e i g h t ) ;         F o r ( i n t   i = 0 ; i < w i t h ; i + + ) {       f o r ( j = 0 ; j < h e i g h t ; j + + ) {           R a y   r a y = C o n s t r u c t R a y T h r o u g h P i x e l ( c a m , i , j ) ;         i n t e r s e c t i o n   h i t = F i n d I n t e r s e c t i o n ( r a y , s e n ) ;           i m g [ i ] [ j ] = G e t C o l o r ( h i t ) ; } }         R e t u r n   i m g ;   }     2 . 1 . 2 .   R a y   T r a c i n g   R a y   t r a c i n g   i s   a   m e t h o d   b a s e   o n   r e n d e r i n g   t h a t   u s e s   f o r   i l l u m i n a t i o n .   I n   t h e   f i r s t   s t e p   i t   t r a c e s   e a c h   r a y   o f   l i g h t   f r o m   t h e   v i e w   p o i n t   b a c k   t h r o u g h   t h e   i m a g e   p l a n e   i n t o   t h e   s c e n e .   I n   t h e   s e c o n d   s t e p ,   e a c h   r a y   i s   t e s t e d ;   a g a i n s t   w h o l e   o b j e c t s   o f   s c e n e   t o   r e c o g n i z e ,   i f   e a c h   r a y   h a s   a n   i n t e r s e c t i o n   w i t h   t h e   o b j e c t s   o r   n o t .   I f   t h e   r a y   d o e s   n o t   h a v e   a n y   i n t e r s e c t i o n   i t ,   m e a n s   p i x e l   i s   s h a d e d   t h e   b a c k g r o u n d   c o l o r .   R a y   t r a c i n g   i s   a   c o n v e n i e n t   m e t h o d   t o   h a v e   s h a d o w s ,   r e f l e c t i o n s ,   m u l t i p l e   s e c u l a r s   a n d   t e x t u r e   m a p p i n g   i n   a   r e a l   s i m p l e   s t r a i g h t f o r w a r d   m a n n e r .   R a y   t r a c i n g   i s   a l s o   a   g o o d   t e c h n i q u e   t o   r e n d e r   3 D   g r a p h i c s   w i t h   c o m p l e x   l i g h t   i n t e r a c t i o n s .   T o   g e n e r a t e   a n   i m a g e   b y   t r a c i n g ,   t h e   r a y   o f   l i g h t ,   d r a w   i n t o   t h e   p i x e l s   i n   a n   i m a g e   p l a n e   a n d   s i m u l a t i n g   t h e   e f f e c t s   o f   i t s   c o l l i s i o n   w i t h   v i r t u a l   o b j e c t s .   B y   t h i s   t e c h n i q u e ,   w e   c a n   g e n e r a t e   a   p i c t u r e   w i t h   a   l o t   o f   m i r r o r s ,   t r a n s p a r e n t   p l a n e s   a n d   s h a d o w s   w i t h   w o n d e r   r e s u l t s .   T h i s   t e c h n i q u e   i s   v e r y   p o w e r f u l   t o   c r e a t e   r e a l i s m   v i s u a l   s c e n e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 7 1     1 7 8   1 7 4                         F i g u r e   2 .   R a y   T r a c i n g                             F i g u r e   3 .   R a d i o s i t y       T h e   q u a l i t y   o f   t h i s   t e c h n i q u e   i s   u s u a l l y   h i g h e r   t h a n   s c a n   l i n e   r e n d e r i n g   m e t h o d s ,   b u t   i s   h a s   a   g r e a t e r   c o m p u t a t i o n a l   c o s t .   R a y   t r a c i n g   i s   o n e   o f   t h e   b e s t   s u i t e d   f o r   a p p l i c a t i o n s   w h e r e   t h e   t i m e   i s   n o t   s o   i m p o r t a n t ,   l i k e   a   m o v i e ,   s o m e   s p e c i a l   e f f e c t s   i n   T V ,   a n d   m o r e   p o o r l y   s u i t e d   f o r   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n s   s u c h   a s     s o m e   c o m p u t e r   g a m e s   w h e r e   s p e e d   i s   c r i t i c a l .   R a y   t r a c i n g   i s   c o n v e n i e n t   t e c h n i q u e   f o r   s i m u l a t i o n   o f   a   w i d e   d i v e r s i t y   o f   o p t i c a l   e f f e c t s   l i k e   r e f l e c t i o n   a n d   r e f r a c t i o n ,   s c a t t e r i n g ,   a n d   c h r o m a t i c   a b e r r a t i o n   a n d   i t   m a k e s   s h a d o w   r e a l l y   r e a l i s t i c .     2 . 1 . 3 .   R a d i o s i t y   R a d i o s i t y   i s   a n o t h e r   t e c h n i q u e   t o   c r e a t e   s o f t   s h a d o w .   T h i s   k i n d   o f   a l g o r i t h m   c a n   c a l c u l a t e   d i f f u s e   i n t e r   r e f l e c t i o n   b e t w e e n   s u r f a c e s   b y   d e t e r m i n i n g   a n   e n e r g y   b a l a n c e   i n   a   c l o s e   e n v i r o n m e n t .   T h e s e   k i n d s   o f   a l g o r i t h m s   a r e   r a t h e r   e x p e n s i v e   a n d   t h e y   c a n   b e   u s e d   j u s t   f o r   p o l y g o n a l   s u r f a c e s .   E a c h   s u r f a c e   i s   d i v i d e d   i n t o   s o m e   e l e m e n t a l   s u r f a c e   p a t c h e s .   B e   s u r e   t h e   p a t c h e s   a r e   s m a l l   e n o u g h .     T h e n ,   t h e   i n t e n s i t y   d i s t r i b u t i o n   o f   s u r f a c e   d e p e n d   o n   q u a l i t y   o f   s u r f a c e   a n d   i t   i s   a p p r o x i m a t e d   a   c o n s t a n t   v a l u e .     2 . 2 .   R e a l   T i m e   T e c h n i q u e s   A s   t h e   n a m e   s u g g e s t s ,   r e a l - t i m e   i s   o c c u r r i n g   i m m e d i a t e l y [ 1 3 ] .   T h e   r e a l   t i m e   w o r d   i s   u s e d   f o r   s o m e   d i f f e r e n t   f e a t u r e s .   F o r   e x a m p l e ,   r e a l - t i m e   s h a d o w s   a r e   t h a t   r e s p o n d   t o   i n p u t   i m m e d i a t e l y .   T h e y   u s e d   f o r   s u c h   t a s k s   l i k e   n a v i g a t i o n ,   i n   w h i c h   t h e   c o m p u t e r   m u s t   r e a c t   t o   a   s t e a d y   f l o w   o f   n e w   i n f o r m a t i o n   w i t h o u t   i n t e r r u p t i o n .   R e a l   t i m e   c a n   a l s o   r e f e r   t o   e v e n t s   s i m u l a t e d   b y   a   c o m p u t e r   a t   t h e   s a m e   s p e e d   t h a t   t h e y   w o u l d   o c c u r   i n   r e a l   l i f e .       I n   g r a p h i c s   a n i m a t i o n ,   f o r   e x a m p l e ,   a   r e a l - t i m e   s h a d o w   w o u l d   d i s p l a y   o b j e c t s   a n d   t h e i r   s h a d o w   m o v i n g   a c r o s s   t h e   s c e n e   a t   t h e   s a m e   s p e e d   t h a t   t h e y   w o u l d   a c t u a l l y   m o v e [ 1 4 ] .   R e a l   t i m e   s h a d o w s   i n   r e a l - t i m e   a p p l i c a t i o n s   s u c h   a s   c o m p u t e r   g a m e s   a n d   v i r t u a l   e n v i r o n m e n t   a r e   m o r e   i m p o r t a n t   t o   c r e a t e   r e a l i s t i c   s c e n e s ;   s o   t h a t   t h e   u s e r   w i l l   b e   f e e l i n g   r e a l i s t i c   i n   t h e   s c e n e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A n   O v e r v i e w   o n   B a s e   R e a l - T i m e   S h a d o w   T e c h n i q u e s   i n   V i r t u a l   .   ( H o s h a n g   K o l i v a n d )   1 7 5   I n   p r a c t i c e ,   t h e   r e n d e r i n g   p e r f o r m a n c e   a n d   t h e   q u a l i t y   o f   s h a d o w s   g e n e r a t e d   a r e   i m p o r t a n t   c o n s i d e r a t i o n s   i n   t h e   s e l e c t i o n   o f   s h a d o w   a l g o r i t h m .   Q u a l i t y   o f   s h a d o w s   m a y   h a v e   t o   b e   c o m p r o m i s e d   w i t h   h i g h   p e r f o r m a n c e   b u t   n o t   t o   t h e   e x t e n t   o f   t h e   l o w e s t   q u a l i t y ;   i t   m u s t   b e   b e t t e r   t h a n   a v e r a g e   q u a l i t y .   T h e s e   c r i t e r i a ' s   a r e   v i t a l   a n d   c a n   o n l y   b e   a c h i e v e d   u s i n g   c e r t a i n   a l g o r i t h m s   [ 1 5 ] .   I n   t h e   n e x t   s e c t i o n ,   s o m e   o f   t h e   r e a l - t i m e   a l g o r i t h m s   t h a t   a r e   w i d e l y   u s e d   i n   c o m p u t e r   g r a p h i c s   w i l l   b e   d e s c r i b e d .     2 . 2 . 1 .   P r o j e c t i o n   S h a d o w   P r o j e c t i o n   s h a d o w s   a r e   a   o n e   t h e   f a s t   r e n d e r i n g   m e t h o d   t o   c r e a t e   s h a d o w .   A l t h o u g h   t h e y   a r e   f a s t   e n o u g h ,   t h e y   c a n   p r o j e c t   s h a d o w   o n l y   o n   f l a t   s u r f a c e   s u c h   a s   w a l l   o r   o n   t h e   g r o u n d   b u t   n o t   b o t h   o f   t h e m   t o g e t h e r .   I n   t h i s   m e t h o d   w e   s h o u l d   d r a w   p r o j e c t i o n   o f   e a c h   p i x e l   o f   o c c l u d e r   o n   t h e   s h a d o w   r e c e i v e r   w i t h   Y = 0   a l o n g   r a y   t h a t   s t a r t e d   f r o m   t h e   l i g h t   s o u r c e   u n t i l   t h e   s u r f a c e .   L   i s   l i g h t   s o u r c e ;   P   i s   a   p i x e l   o f   o c c l u d e r   t h a t   S   i s   p r o j e c t i o n   o f   i t   o n   t h e   f l o o r   w i t h   C a r t e s i a n   s y s t e m .   A c c o r d i n g   t o   t h e   b a s i c   f o r m u l a   f o r   s h a d o w   o n   t h e   f l a t   s u r f a c e   c a n   p r o v i d e   a   m a t r i x   a s   a   f o l l o w i n g :     N :     N o r m a l   v e c t o r   o f   g r o u n d   C :   a n   a r b i t r a r y   p o i n t   o n   g r o u n d   S = L   +   α   ( P - L )     ( P - C )   N   =   0   = >                 m y S h a d o w M a t r i x ( f l o a t   g r o u n d p l a n e [ 4 ] , f l o a t   l i g h t p o s [ 4 ] )   {     G L f l o a t   d o t 1 ;     f l o a t     s h a d o w M a t [ 4 ] [ 4 ] ;       d o t   =   g r o u n d p l a n e [ X ]   *   l i g h t p o s [ X ]   +           g r o u n d p l a n e [ Y ]   *   l i g h t p o s [ Y ]   +           g r o u n d p l a n e [ Z ]   *   l i g h t p o s [ Z ]   +           g r o u n d p l a n e [ W ]   *   l i g h t p o s [ W ] ;         s h a d o w M a t [ 0 ] [ 0 ]   =   d o t 1   -   l i g h t p o s [ X ]   *   g r o u n d p l a n e [ X ] ;       s h a d o w M a t [ 1 ] [ 0 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ X ]   *   g r o u n d p l a n e [ Y ] ;       s h a d o w M a t [ 2 ] [ 0 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ X ]   *   g r o u n d p l a n e [ Z ] ;       s h a d o w M a t [ 3 ] [ 0 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ X ]   *   g r o u n d p l a n e [ W ] ;       s h a d o w M a t [ X ] [ 1 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Y ]   *   g r o u n d p l a n e [ X ] ;       s h a d o w M a t [ 1 ] [ 1 ]   =   d o t 1   -   l i g h t p o s [ Y ]   *   g r o u n d p l a n e [ Y ] ;       s h a d o w M a t [ 2 ] [ 1 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Y ]   *   g r o u n d p l a n e [ Z ] ;       s h a d o w M a t [ 3 ] [ 1 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Y ]   *   g r o u n d p l a n e [ W ] ;       s h a d o w M a t [ X ] [ 2 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Z ]   *   g r o u n d p l a n e [ X ] ;       s h a d o w M a t [ 1 ] [ 2 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Z ]   *   g r o u n d p l a n e [ Y ] ;       s h a d o w M a t [ 2 ] [ 2 ]   =   d o t 1   -   l i g h t p o s [ Z ]   *   g r o u n d p l a n e [ Z ] ;       s h a d o w M a t [ 3 ] [ 2 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ Z ]   *   g r o u n d p l a n e [ W ] ;       s h a d o w M a t [ X ] [ 3 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ W ]   *   g r o u n d p l a n e [ X ] ;       s h a d o w M a t [ 1 ] [ 3 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ W ]   *   g r o u n d p l a n e [ Y ] ;       s h a d o w M a t [ 2 ] [ 3 ]   =   0 . f   -   l i g h t p o s [ W ]   *   g r o u n d p l a n e [ Z ] ;       s h a d o w M a t [ 3 ] [ 3 ]   =   d o t 1   -   l i g h t p o s [ W ]   *   g r o u n d p l a n e [ W ] ;       g l M u l t M a t r i x f ( ( c o n s t   G L f l o a t * ) s h a d o w M a t ) ;   }     2 . 2 . 2 .   S h a d o w   V o l u m e   I n   1 9 7 7 ,   C r o w   c o u l d   n o t   i m p l e m e n t   h i s   a l g o r i t h m   b e c a u s e   o f   l a c k   o f   e n o u g h   h a r d w a r e   i n   t h a t   t i m e   [ 1 ] .   H e i d m a n n ,   i n   1 9 9 1 ,   c o m p l e t e d   t h e   s h a d o w   v o l u m e   a l g o r i t h m   o f   C r o w   a n d   i m p l e m e n t e d .   H e   c o u l d   c r e a t e   s h a d o w   o n   a r b i t r a r y   o b j e c t   [ 2 ] .   I n   s i m p l e   w o r d ,   i t   c a n   b e   i l l u s t r a t e   l i k e   t h i s :     A   l i n e   s h o u l d   b e   d r a w   f o r m   p o i n t   o f   l i g h t   s o u r c e   t o   t h e   e a c h   v e r t e x   a n d   t h e s e   r a y s   c o n t i n u e   i n f i n i t e .   A f t e r   r e c o g n i z e   o f   e a c h   p a i r   o f   n e i g h b o r h o o d   r a y s   d r a w   a   p o l y g o n   f r o m   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 7 1     1 7 8   1 7 6 e d g e   o f   o c c l u d e r   o n t o   t h e   s h a d o w   r e c e i v e r .   T h e s e   p o l y g o n s   m a k e   a   i n f i n i t e   t r u n c a t e d   p y r a m i d   t h a t   t h e   p a r t   o f   t h a t   w h i c h   l o c a t e d   i n   t h e   b e l o w     o f   o c c l u d e r   i s   s h a d o w   v o l u m e   t h a t   i s   s e m i   i n f i n i t e   q u a d r i l a t e r a l   w i t h   t w o   f i n i t e   v e r t i c e s   a n d   t w o   o t h e r   v e r t i c e s   a r e   l o c a t e d   i n     i n f i n i t e   t h a t   s h o w e d   w i t h   g r e e n   l i n e s   i n   F i g u r e   5 .           F i g u r e   4 .   P r o j e c t i o n   s h a d o w       F i g u r e   5 .   S h a d o w   V o l u m e         2 . 2 . 3 .   S h a d o w   M a p p i n g   I n   1 9 7 8   b y   L a n c e   W i l l i a m s   i n t r o d u c e d   a   w o n d e r   t e c h n i q u e   t h a t   c a l l   s h a d o w   m a p s [ 1 5 ] .   H e   p r o p o s e   h i s   m e t h o d   i n   a   p a p e r   e n t i t l e d   " C a s t i n g   c u r v e d   s h a d o w s   o n   c u r v e d   s u r f a c e s "   S h a d o w   m a p p i n g     i s   a   d e p t h   m a p   r e n d e r e d   f r o m   t h e   p o i n t   o f   v i e w   o f   t h e   l i g h t   s o u r c e .       T h e r e   i s   o n e   s i m p l e   w a y   t o   d e t e r m i n e   w h e t h e r   s o m e t h i n g / s o m e p l a c e   i s   i n   s h a d o w   o r   n o t :   I f   a   p o i n t   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   p o i n t   o f   v i e w   b u t   c a n n o t   b e   i l l u m i n a t e d   f r o m   t h e   l i g h t   s o u r c e   i t   i s   i n   s h a d o w .   I f   a   p o i n t   c a n   b e   s e e n   f r o m   b o t h   o f   t h e   v i e w   p o i n t   a n d   l i g h t   s o u r c e ,   i t   i s   n o t   i n   s h a d o w .   S h a d o w   m a p p i n g   i s   o n e   o f   d i v e r s i t y   w a y s   t o   c r e a t e   s h a d o w   w i t h   s o m e   a d v a n t a g e s   a n d   d i s a d v a n t a g e s   t h a t   w e   w i l l   i n t r o d u c e   t h e m   i n   f o l l o w i n g :     A d v a n t a g e s :   ·   I t   d o e s   n o t   n e e d   a n y   g e o m e t r y   c a l c u l a t i o n   b e c a u s e   i t   i s   i m a g e   b a s e   t e c h n i q u e   a n d   m o s t   o f   c a l c u l a t i o n   w i l l   b e   d o n e   i n   G P U .   ·   O n   c o n t r a s t   o f   s h a d o w   v o l u m e ,   i t   d o e s   n o t   n e e d   h i g h   f i l l i n g .     ·   I t   d o e s   n o t   n e e d   t o   s t e n c i l   b u f f e r   a n d   j u s t   r e q u i r e s   a   s i n g l e   t e x t u r e   t o   h o l d   s h a d o w i n g   i n f o r m a t i o n   f o r   e a c h   l i g h t .   D i s a d v a n t a g e s :   ·   T h e r e   i s   n o t   a l i a s i n g ,   e s p e c i a l l y   w h e n   t h e r e   i s   a   s m a l l   s h a d o w   m a p s .     ·   T h e   s c e n e   g e o m e t r y   m u s t   b e   r e n d e r   o n c e   p e r   l i g h t   i n   o r d e r   t o   g e n e r a t e   t h e   s h a d o w   m a p   f o r   a   s p o t l i g h t ,   a n d   m o r e   t i m e s   f o r   a   m u l t i   d i r e c t i o n a l   p o i n t   l i g h t .       H e r e   w e   w i l l   f o c u s   o n   b a s i c   s h a d o w   m a p p i n g   f o r   a   s i n g l e   s p o t l i g h t ,   b u t   t h e r e   a r e   p l e n t y   o f   p a p e r s   a b o u t   h o w   t o   e x t e n d   a n d   i m p r o v e   t h e   t e c h n i q u e .   T h e   o r i g i n a l   o f   t h i s   a l g o r i t h m   h a s   t w o   s t e p s .   F i r s t   r e n d e r   t h e   s c e n e   f r o m   p o i n t   o f   l i g h t   s o u r c e   i n   z - b u f f e r .   S e c o n d   s t e p   i s   r e n d e r i n g   t h e   s c e n e   a g a i n   f r o m   p o i n t   o f   v i e w .   F o r   e a c h   p i x e l   i n   p o i n t   o f   v i e w ,   i f   i t   i s   f a r t h e r   t h a n   z - b u f f e r   i t   i s   i n   s h a d o w ,   e l s e   i t   i s   i n   l i t .   T h e   a l g o r i t h m   i n   s i m p l e   w a y   i s   a s   f o l l o w s :   S t e p   1 :   R e n d e r   t h e   w h o l e   s c e n e   f r o m   t h e   p o i n t   o f   l i g h t   s o u r c e   a n d   p u t   i t   i n   t h e   z - b u f f e r   ( d e p t h   m a p )   S t e p   2 :   R e n d e r   t h e   w h o l e   s c e n e   a g a i n   b u t   f r o m   t h e   p o i n t   o f   v i e w     S t e p   3 :   F o r   e a c h   p i x e l   i n   v i e w   p o i n t   r e n d e r i n g   ( S t e p   1 ) ,   i f   i t   i s   n o t   v i s i b l e   f r o m   l i g h t   s o u r c e   r e n d e r i n g   ( S t e p   2 )   i t   i s   e i t h e r   i n   s h a d o w   i t   i s   l i t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       A n   O v e r v i e w   o n   B a s e   R e a l - T i m e   S h a d o w   T e c h n i q u e s   i n   V i r t u a l   .   ( H o s h a n g   K o l i v a n d )   1 7 7       F i g u r e   6 .   S h a d o w   m a p p i n g       G e n e r a t i n g   s h a d o w   w i t h   s h a d o w   m a p p i n g   a l g o r i t h m   i s   e a s y   a n d   f a s t   a n d   t h e   m o s t   i m p o r t a n t   u s a g e   o f   s h a d o w   m a p p i n g   i s   i n   s o f t   s h a d o w   w i t h   h i g h   q u a l i t y   a n d   h i g h   f r a m e s   p e r   s e c o n d .         3 .     D i s c u s s i o n   V a r i e t y   o f   s h a d o w   t e c h n i q u e s   e n c o u r a g e d   u s   t o   p r e p a r e   a n   o v e r   v i e w   o n   s h a d o w   g e n e r a t i o n .   I t   i s   d i f f i c u l t   t o   f i n d   t h e   b e s t   m e t h o d   t o   c r e a t e   s h a d o w   i n   o u r   p r o j e c t .   S o m e   p a r a m e t e r s   p l a y   r o l e   t o   f i n d   t h e   c o n v e n i e n t   m e t h o d .   F i r s t ,   i t   i s   m o s t   i m p o r t a n t   t h a t   t h e   e n v i r o n m e n t   t h a t   n e e d s   s h a d o w   i s   r e a l - t i m e   o r   n o t .   I f   i t   i s   n o t   r e a l - t i m e ,   r a d i o s i t y   i s   o n e   o f   t h e   b e s t   t e c h n i q u e s   t o   c r e a t e   r e a l i s t i c   s c e n e s .   H o w e v e r ,   a n o t h e r   p a r a m e t e r   i s   e x p e n s e   o n   i m p l e m e n t a t i o n .   A s   m e n t i o n e d   b e f o r e ,   r a d i o s i t y   i s   c o m p l i c a t e d   i n   i m p l e m e n t a t i o n .     I n   c a s e   o f   r e a l - t i m e   r e n d e r i n g ,   t h e   w a y   t o   c h o o s e   a   b a s e   o f   m e t h o d   s t i l l   n e e d s   s o m e   o t h e r   p a r a m e t e r s .   I f   t h e   s h a d o w   o n   f l a t   s u r f a c e s   i s   n e e d e d ,   p r o j e c t i o n   s h a d o w s   a r e   b e s t .   H i g h   s p e e d   r e n d e r i n g   o f   p r o j e c t i o n   s h a d o w s   h e l p s   t o   h a v e   s h a d o w   o n   r e a l - t i m e   r e n d e r i n g   w i t h   v e r y   l o w   c o s t .   T o   h a v e   s h a d o w   o n   o t h e r   o b j e c t s   s h a d o w   v o l u m e   a n d   s h a d o w   m a p p i n g   a r e   s u i t a b l e .   S h a d o w   v o l u m e   i s   c o n v e n i e n t   b a s e   f o r   s h a d o w   g e n e r a t i o n   w h e n   p r e c i s e   s h a d o w s   a r e   n e e d e d .   T h e   o u t l i n e   o f   s h a d o w   v o l u m e   i s   a c c u r a t e   e n o u g h .   A l t h o u g h   s h a d o w   v o l u m e   i s   c o n v e n i e n t   t o   h a v e   s h a d o w   o n   a r b i t r a r y   o b j e c t s ,   h i g h   m a t h e m a t i c a l   c a l c u l a t i o n   t o   r e c o g n i z e   t h e   s i l h o u e t t e   i s   b i g   d r a w b a c k   o f   t h e m   m e t h o d .       S h a d o w   m a p p i n g   i s   a n o t h e r   t e c h n i q u e   t o   h a v e   s h a d o w   o n   o t h e r   o b j e c t s .   S h a d o w   m a p p i n g   i s   b a s e   o f   m o s t   n e w   t e c h n i q u e s   t o   c r e a t e   s h a d o w   i n   r e a l - t i m e   r e n d e r i n g .   H i g h   r e n d e r i n g   s p e e d   i s   o n e   o f   t h e   r e a s o n s   t o   c h o o s e   t h e   m e t h o d   f o r   w i d e   e n v i r o n m e n t s   r e a l - t i m e   r e n d e r i n g .       T o   c r e a t e   s o f t   s h a d o w s ,   s h a d o w   m a p s   a r e   c o n v e n i e n t .   U s i n g   s o m e   t e c h n i q u e s   s u c h   a s   P e r c e n t a g e - C l o s e r   F i l t e r i n g ,   D e e p   S h a d o w   M a p s ,   A d a p t i v e   S h a d o w   M a p s ,   P e r s p e c t i v e   S h a d o w   M a p s ,   V a r i a n c e   s h a d o w   m a p s   a n d   C a s c a d e d   S h a d o w   M a p s   i s   m o s t   c o m m o n l y   m e t h o d   t o   c r e a t e   s o f t   s h a d o w s .   T a b l e   1   s h o w s   a   b r i e f i n g   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   e a c h   t y p e   o f   r e a l - t i m e   a n d   n o n   r e a l - t i m e   t e c h n i q u e s .       T a b l e   1 .   C o m p a r i s o n   b e t w e e n   b a s e   s h a d o w   g e n e r a t i o n   t e c h n i q u e s .   T y p e   T e c h n i q u e   C a l c u l a t i o n   Q u a l i t y   R e n d e r i n g   S p e e d   N o n   R e a l - t i m e   R a y   C a s t i n g   M o d e r a t e   L o w   M o d e r a t e   R a y   T r a c i n g   H i g h   M o d e r a t e   M o d e r a t e   R a d i o s i t y   V e r y   h i g h   H i g h   V e r y   l o w   R e a l - t i m e   P r o j e c t i o n   S h a d o w   L o w   M o d e r a t e   V e r y   h i g h   S h a d o w   V o l u m e   H i g h   V e r y   h i g h   L o w   S h a d o w   M a p p i n g   V e r y   l o w   H i g h   H i g h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                      I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     1 7 1     1 7 8   1 7 8 4 .     C o n c l u s i o n s   I n   t h i s   p a p e r   t w o   k i n d s   o f   s h a d o w   g e n e r a t i o n   i n   r e a l - t i m e   a n d   n o n   r e a l - t i m e   a s p e c t   h a v e   i n t r o d u c e d .   T o   c r e a t e   n o n   r e a l - t i m e   s h a d o w   r a y   t r a c i n g ,   r a y   c a s t i n g   a r e   d e s c r i b e d   a n d   a   n e w   t e c h n i q u e   t o   c r e a t e   r a d i o s i t y   i s   p r o p o s e d .   T o   h a v e   v o l u m e   s h a d o w   o n   a n   a r b i t r a r y   o b j e c t   s t e n c i l   b u f f e r   i s   u s e d .   V o l u m e   s h a d o w   t h a t   w a s   d i f f i c u l t   t o   u n d e r s t a n d   a n d   i m p l e m e n t   i s   i m p r o v e d .   A   c o m p a r i s o n   b e t w e e n   s h a d o w   v o l u m e   a n d   s h a d o w   m a p p i n g   i s   d o n e .   I n   c o m p a r i s o n ,   t o   h a v e   h i g h - s p e e d   a l g o r i t h m   s h a d o w   m a p p i n g   i s   s u i t a b l e   b u t   t o   h a v e   p r e c i s e   s h a d o w   e s p e c i a l l y   w h e n   l i g h t   s m a l l   s h a d o w   i s   n e e d ,   v o l u m e   s h a d o w   i s   m o r e   c o n v e n i e n t .   F i n a l l y ,   a   r e c o n s t r u c t i o n   o f   t r a d i t i o n a l   s h a d o w   m a p p i n g   i s   p r o p o s e d .   T h e   m o s t   i m p o r t a n t   f i n d i n g   o f   t h i s   p a p e r ,   i n   a d d i t i o n   o f   r e c o n s t r u c t i o n   o f   a l l   b a s e   s h a d o w   a l g o r i t h m s ,   h e l p i n g   u s e r   t o   f i n d   t h e   b e s t   m e t h o d   t o   c r e a t e   s h a d o w   f o r   r e a l - t i m e   a n d   n o n   r e a l - t i m e   r e n d e r i n g .           R e f e r e n c e s   [ 1 ]     C r o w   F .   Sh a d o w   Al g o r i t h m s   f o r   C o m p u t e r   G r a p h i c s .   C o m p u t e r   G r a p h i c s .   1 9 7 7 ;   1 1 ( 2 ) :   2 4 2 - 2 4 7 .   [ 2 ]     H e i d m a n n   T .   R e a l   Sh a d o w s   R e a l   T i m e .   I R I U n i v e r s e ,   1 9 9 1 ;   1 8 : 2 8 - 3 1 .   [ 3 ]     H e c k b e r t   P,   H e r f   M .   Si m u l a t i n g   So f t   Sh a d o w s   w i t h   G r a p h i c s   H a r d w a r e .   T e c h n i c a l   R e p o r t   C M U - C S - ,   C a r n e g i e   M e l l o n   U n i v e r s i t y .   1 9 9 7 ;   9 7 - 1 0 4 .   [ 4 ]     G o o c h   B,   Sl o a n   PJ ,   G o o c h   A ,   Sh i r l e y   P,   R i e s e n f e l d   R .   I n t e r a c t i v e   T e c h n i c a l   I l l u s t r a t i o n .   S y m p o s i u m   o n   I n t e r a c t i v e   3 D   G r a p h i c s .   At l a n t a ,   G e o r g i a ,   U n i t e d   St a t e s .   1 9 9 9 ;   3 1 - 3 8 .   [ 5 ]     C a r m a c k ,   C a r m a c k O n Sh a d o w Vo l u m e s ,   ( Pe r s o n a l   C o m m u n i c a t i o n   b e t w e e n   C a r m a c k ,   2 0 0 2 ,   h t t p : / / d e v e l o p e r . n v i d i a . c o m / v i e w . a s p ? I O = r o b u s t _ s h a d o w _ v   [ 6 ]     F e r n a n d o   R ,   F e r n a d e z   S,   Ba l a   K,   G r e e n b e r h   D .   Ad a p t i v e   s h a d o w   m a p s .   I n   Pr o c e e d i n g s   o f   AC M   SI G G R APH   2 0 0 1 ;   3 8 7 3 9 0 .   [ 7 ]     L e n g y e l   E .   M a t h e m a t i c s   f o r   3 D   G a m e   Pr o g r a m m i n g   C o m p u t e r   G r a p h i c s ,   C h a r l e s   2 0 0 2 .   [ 8 ]     O l s o n   M ,   Z h a n g   H .   Si l h o u e t t e   Ex t r a c t i o n   i n   H o u g h   Sp a c e .   Eu r o g r a p h i c s   Pr o c e e d i n g s   2 5 ,   2 0 0 6   a v a i l a b l e   o n l i n e .   [ 9 ]     Sc h e r z e r   D ,   W i m m e r   M ,   Pu r g a t h o f e r   W .   S u r v e y   o f   R e a l - T i m e   H a r d   Sh a d o w   M a p p i n g   M e t h o d s .   C o m p u t e r   G r a p h i c s   f o r u m ,   2 0 1 1 ;   3 0 ( 1 ) :   1 6 9 1 8 6 .   [ 1 0 ]     Ko l i v a n d   H ,   Su n a r   M S.   Sh a d o w   M a p p i n g   o r   Sh a d o w   Vo l u m e ? .   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   N e w   C o m p u t e r   Ar c h i t e c t u r e s   a n d   t h e i r   Ap p l i c a t i o n s .   2 0 1 1 ;   1 ( 2 ) :   6 4 - 7 0 .   [ 1 1 ]     L i u   N ,   Pa n g   M Y .   Su r v e y   o f   Sh a d o w   R e n d e r i n g   A l g o r i t h m s :   Pr o j e c t i o n   Sh a d o w s   a n d   Sh a d o w   Vo l u m e s .   Se c o n d   I n t e r n a t i o n a l   W o r k s h o p   o n   C o m p u t e r   S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   2 0 0 9 ;   4 8 8 - 4 9 2 .   [ 1 2 ]     Sc o t t   R .   R a y   C a s t i n g   f o r   M o d e l i n g   So l i d s .   C o m p u t e r   G r a p h i c s   a n d   I m a g e   Pr o c e s s i n g .   1 9 8 2 ; 1 8 :   1 0 9 - 1 4 4   [ 1 3 ]     Ba s o r i   AH ,   T e n r i a w a r u   A. ,   M a n s u r   A. B. F .   I n t e l l i g e n t   Av a t a r   o n   E - L e a r n i n g   u s i n g   F a c i a l   E x p r e s s i o n   a n d   H a p t i c .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 1 ;   9 ( 1 ) :   1 1 5 - 1 2 4 .   [ 1 3 ]     H e r m a w a t i   F A ,   Ko e s d i j a r t o   R .   R e a l - T i m e   L i c e n s e   Pl a t e   D e t e c t i o n   Sy s t e m   f o r   P a r k i n g   Ac c e s s .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 0 ;   ( 8 ) 2 :   9 7 - 1 0 6 .   [ 1 4 ]     W i l l i a m s   L .   C a s t i n g   C u r v e d   Sh a d o w s   o n   C u r v e d   S u r f a c e s .   SI G G R APH   1 9 7 8 ;   1 2 ( 3 ) :   2 7 0 - 2 7 4 .   [ 1 5 ]     O l u f e m i   AF ,   Su n a r   M S,   I k o t u n   AM .   Au g m e n t e d   R e a l i t y   Pr o t o t y p e   f o r   V i s u a l i s i n g   L a r g e   Se n s o r s   D a t a s e t s .   T EL KO M N I KA .   2 0 1 1 :   9 ( 1 ) : 1 6 1 - 1 7 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.