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成果简介
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ACM SIGGRAPH是计算机图形学和交互技术领域最具影响力的国际会议之一，汇聚全球图形学、动画、可视化、渲染、几何处理和交互技术等方向的最新成果，属于 CCF A 类会议。近日，厦门大学计算机图形学课题组完成的研究成果 “Real-Time GPU Vector Graphics SDF Generation Based on Quadratic Stroke Rendering” 被ACM SIGGRAPH录用（Conference Paper）。该论文围绕矢量图形实时渲染中的距离场生成瓶颈，提出了一种基于二次曲线描边渲染的 GPU 加速的有符号距离场（SDF）及多通道有符号距离场（MSDF）实时生成方法。
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方法贡献
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SDF及MSDF是高质量实时字体、图标和用户交互界面（UI）元素渲染中的重要表示。它们能够在较小纹理中编码像素到轮廓边界的距离，从而在片元着色器中实现矢量填充、发光边缘、软阴影、液态玻璃等视觉效果。然而，现有的SDF生成方法通常依赖 CPU 上逐像素的几何查询和复杂预处理，难以满足动态图形、可交互界面和在线生成数据等场景的实时需求。
论文的核心思想是将输入的正定向、无自交的分段二次贝塞尔曲线矢量路径看作由二次曲线构成的描边，并把 SDF/MSDF 生成重新表述为一个屏幕空间的并行描边渲染问题。论文设计了局部化的符号解析策略，以解决传统方法中利用全局的缠绕数（Winding Number）进行内外判断带来的高计算量问题；方法为二次曲线段描边（Stroke）、关节（Joint）和线帽（Cap）生成保守覆盖的包围多边形，再在 GPU 片元着色器阶段对落入光栅化区域的像素并行计算到曲线的有符号距离，最后通过原子操作将多条曲线产生的候选距离融合统一为距离场纹理。该流程完全使用GPU着色器实现，因此特别适合随时间变化的字形、图标和UI元素渲染。
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实验效果与应用
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实验结果表明，该方法在保持可比视觉精度的同时，相比 Skia、MSDFGen 等先进 CPU 库实现了超过一个数量级的速度提升。这种高效生成能力使距离场不再只能离线预处理，而是可以被实时计算。论文展示了该方法在动态矢量图形渲染的应用：字体控制点随时间发生非线性形变时，SDF 纹理能够同步更新；在不同视觉样式中，只需修改采样着色器即可快速切换渲染效果。
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论文信息
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论文（DOI号https://doi.org/10.1145/3799902.3811177）由厦门大学陈旭海同学、张广泽同学、曹娟教授和陈中贵教授合作完成，其中陈中贵老师为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目（No. 62272402、No. 62372389）和福建省自然科学基金项目（No. 2024J01513243）支持。未来，课题组将继续探索高性能矢量图形表示与实时渲染方法。