Games101-10-渲染中的高级话题
Games101-10-渲染中的高级话题
高级光线传播
- 无偏的光线传播方法
双向路径追踪（BDPT）
Metropolis光线传播（MLT） - 有偏的光线传播方法
Photon mapping（光子映射）
Vertex connection and merging（VCM） - Instant radiosity（VPL / many light methods）
无偏和有偏的区别：
无偏方法没有任何系统错误；无论采样数是多少，无偏方法的期望永远是正确的值。
有偏方法只有在采样数趋于无穷时，期望才收敛于真实值。
Bidirectional Path Tracing(BDPT)
适用于光线传输很复杂的场景，如上图所示，直接光照只在左上角，而整个场景基本都是由间接光照照亮的。和之前在路径追踪中要采取重要性采样的原因类似：从相机发出的路径难以到达光源，导致大量的路径浪费，产生严重的噪声。
Metropolis Light Transport(MLT)
Metropolis是个人名
MLT是马尔可夫链蒙特卡罗（Markov Chain Monte Carlo / MCMC）的应用：根据当前采样找到下一次采样
非常适用于在局部探索复杂的光路，一旦找到一条光路，就会生成一堆光路，从而相当于没有浪费采样。
缺点：
难以估计收敛速率，可能计算了一天还没有明显进步。每个像素的收敛速率不同从而导致生成的图片有些“脏”，从而也不能渲染动画，因为每一帧的噪声都不同。
Photon Mapping（光子映射）
一种有偏的两步方法，非常适合计算Specular-Diffuse-Specular (SDS) 路径以及生成焦散（caustics）现象。
光子映射步骤：
- 从光源发射光子，光子在场景中不断弹射直到碰到漫反射物体，之后将哪里有光子记录下来；
- 从相机发射sub-paths，同样在场景中弹射直到碰到漫反射物体，统计sub-paths到达的每个着色点周围的 N 个光子，计算这 N 个光子覆盖的区域面积。
显然，单位面积内光子越多，这个着色点就应该越亮。
只有面积无限小的时候，才能收敛于真实值，因此光子映射是有偏但一致的方法。
为什么不确定一个面积统计光子数量，而要确定N个光子，计算覆盖面积？
因为如果确定面积统计光子，这个面积不会随着光源发出光子的数量增加而减小，也就不会有一个趋向于无穷小的过程。
Vertex Connection and Merging
一种BDPT和光子映射的组合。
Instant Radiosity（IR）
有时也叫做多光源方法（Many-light approaches）
高级外观建模
- 非表面模型
Participating media（雾，云）
头发/皮毛/纤维（BCSFDF）
Granular material（颗粒材质） - 表面模型
Translucent material（BSSRDF）半透明材质
布
Detailed material - 程序化外观
Participating Media（雾）
头发/皮毛/纤维
Kajiya-Kay Model
Marschner Model
将头发看作一根玻璃柱，有三种类型的光线：直接反射光（R），两次折射（TT），折射反射再折射（TRT）
Marschner模型已经能取得很不错的效果。
但是将人类头发的模型（Marschner模型）应用于动物皮毛不能得到很好的效果
因为动物的毛发中有很粗的Medulla对光线进行散射
为了模拟真实的毛发结构，提出了双层玻璃柱模型（就是闫大神提出的），增加了medulla造成的散射。
Granular Material（颗粒材质）
半透明材质
次表面散射：
光线射入半透明物体后有可能会从任意方向射出。
BSSRDF还适用于模拟人类皮肤
布料
表面细节
真实的物体表面不会像渲染结果一样完美
程序化外观
利用噪声函数，模拟物体材质效果，每次要渲染的时候再计算应该如何显示。
还可以定义3D噪声函数，来模拟物体内部的材质。
