光線跟蹤綜述教程

tve摘自AlbrechtDürer1525光線，假設(shè)從光線，假設(shè)從一個(gè)虛擬觀察視點(diǎn)發(fā)射出在觀察對(duì)象和觀察視點(diǎn)之間存在一個(gè)平面圖像在平面上重新構(gòu)原始光線（以下簡(jiǎn)稱“原光”）也稱為原始光線（以下簡(jiǎn)稱“原光”）也稱為相機(jī)光視角光眼睛光圖像光它和圖像重構(gòu)相關(guān)，是無鋸齒的圖眼睛主要光線=主要光線=反射與折陰影計(jì)全局光照二級(jí)光線的分類為:反射光線(R)和折射光線陰影光線(S)路徑跟蹤路最終采集方向采遮擋型光光線“光線“樹”遞歸關(guān)系圖:光線被反射（某種折:光線被反射（某種折射率的透明表面‘色）或折射（綠色高光表面‘c’，光線被反射（紅漫反射表面‘a(chǎn)’，光線被吸在每一個(gè)交叉點(diǎn)，陰影光線正對(duì)著每一個(gè)光源射（點(diǎn)狀虛線:圖相從場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)可:圖相從場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)可見光的交叉點(diǎn)，對(duì)著光發(fā)射的被稱為“陰影光看到光陰影光 陰影光線非常有用，不論一個(gè)表面獲得明，還是來自另一物體的陰場(chǎng)景內(nèi)的物當(dāng)光源是區(qū)域光或背景光時(shí)，多個(gè)陰影光（采樣）隨機(jī)發(fā)射來計(jì)算并查找相像的光光 :想法:光線在每一個(gè)交叉點(diǎn)隨機(jī):想法:光線在每一個(gè)交叉點(diǎn)隨機(jī)發(fā)射（樣），光線與其它表面交互或查找光如果場(chǎng)景光源很小，有一種可能的做法，不同結(jié)果平均處理而非相鄰交點(diǎn)分開處變化=噪點(diǎn)當(dāng)一個(gè)路徑光線找到光源，沿路徑段間接明的貢獻(xiàn)計(jì)這是一種無偏差的方:終光采集（FG路徑跟蹤的:終光采集（FG路徑跟蹤的簡(jiǎn)單概想法：對(duì)每個(gè)最終采集點(diǎn)的相鄰光子平均處理，就如同方向性的最終采集光線（樣）那樣。而那些光線又產(chǎn)生其它的采集結(jié)果就是一個(gè)龐大的光子映射的插終光采集將光子貼圖的低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為高信這是不同于光線遞歸樹的一這是不同于光線遞歸樹的一個(gè)獨(dú)立處理過程想法:光線從光源發(fā)射，輸入信號(hào)的輻射光子撞擊中大致形成一個(gè)映射.這是有偏差的，但是持續(xù)匯聚，最終可以形成正確的案比路徑跟蹤能夠更有效地形成散焦效光子映射在最終采集點(diǎn)被采樣和平均有兩種獨(dú)立的光子映射類型：全局和散想法:這種方法從相機(jī)想法:這種方法從相機(jī)和光源構(gòu)造隨機(jī)光線，以的.結(jié)合.一種無偏差方法.述從點(diǎn)X發(fā)射的全部光線，給出輸入光線“w（方向光和全局光照明）和BRDF布函數(shù)）材質(zhì)雙向反射率分跟蹤光線為場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)物體交叉跟蹤光線為場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)物體交叉 光線,物體如果沒有交叉)返回背景顏色為每一個(gè)光線為場(chǎng)景內(nèi)每一個(gè)物體(,物體交陰影光線累計(jì)計(jì)算本地照反射光線跟蹤跟蹤)傳送光線累計(jì)全局光照返回照明注意，直接照明和全局光照明都是累計(jì)獲得最終結(jié)果的獨(dú)立處理全局光照明（GI全局光照明算法:全局光照明（GI全局光照明算法:路徑跟光子映雙向路徑跟全局光照明處理:漫反射表面部分發(fā)射的非直接照相鄰表面溢色（色彩擴(kuò)散全局光照明（GI全局光照明算法:全局光照明（GI全局光照明算法:路徑跟光子映雙向路徑跟全局光照明處理:漫反射表面部分發(fā)射的非直接照相鄰表面溢色（色彩擴(kuò)散如同工作在一個(gè)圓頂區(qū)光如同工作在一個(gè)圓頂區(qū)光環(huán)境下.想法:用于全局光算法的見解照明的替代方案背景可以從各個(gè)方向投射光線，產(chǎn)生軟陰影效渲染作:Enrico這是在露天場(chǎng)景必須使用的方法.背景可以由HDR圖像構(gòu)成(基于照明的圖像)或是一個(gè)完整的太陽(yáng)天空模A）這是一A）這是一種造影法，考慮到物體之間遮擋所產(chǎn)生的能衰減.AI試圖近似全局光算法下的間接燈光明，計(jì)算時(shí)間較想法:表面上某點(diǎn)向各方向發(fā)射光線，光線能夠達(dá)背景或是在固定距離范圍內(nèi)提高表面亮度。如光線擊中其它物體則并無照明貢獻(xiàn)光子映射技術(shù)使用兩種光子和映射光子映射技術(shù)使用兩種光子和映射漫反射表面全局折射與反射表面的散它們均為獨(dú)立跟蹤和構(gòu)散焦光子有更好的方向性，散焦映射更重本它們不用同一個(gè)全局光插值算法，但都是本地法參想法：使用散焦光子映射其它的照明方（DLPtr），而非僅使用光子映光線跟全局光照基于圖像/日光遮擋造散焦光子映直接照????路徑跟光線跟全局光照基于圖像/日光遮擋造散焦光子映直接照????路徑跟????光子映射+終光采????雙向路徑跟??適用于對(duì)于無需全局光照明的場(chǎng)景,或我們可以獲適用于對(duì)于無需全局光照明的場(chǎng)景,或我們可以獲渲染迅速，效果較好。這要?dú)w功于基于渲染技術(shù)光線跟蹤和YafaRay.很多情況下比雙向跟蹤（BI使用:工作室區(qū)光照明/基于圖像照明/遮擋造散合成使用遮擋造影穿散焦光子映射的流體動(dòng)基于圖像或日光的戶外場(chǎng)法拉利，por遮擋造影（AO直接照明（DL）光線跟全局光照基于圖像照明/日遮擋造散焦光子映直接照????11++++日日光/基于圖散如果多數(shù)路徑光線能夠從一級(jí)和二級(jí)反射找到光源，這種如果多數(shù)路徑光線能夠從一級(jí)和二級(jí)反射找到光源，這種方法就會(huì)非常有效.使用大范圍區(qū)光，可以增加路徑光線尋找源的機(jī)會(huì)路徑跟蹤最好的區(qū)光，是基于圖像/日光背景，看上去如同大穹頂照明效果，路徑蹤適用于所有的開放式場(chǎng)景.不適合聚路徑深度=3或光線跟全局光照基于圖像照明/日光遮擋造散焦光子映路徑跟????光子映射它需要一種插值算法=終光采光子映射它需要一種插值算法=終光采高全局光估算精度。光子映射很適合封閉式的場(chǎng)透過半徑尋找光子(Diffradius)與光子混合的數(shù)(Search)，其參數(shù)都限制為一定區(qū)域內(nèi)的平均終光采集反彈次數(shù)=3或場(chǎng)景設(shè)計(jì)光子映射+終光采光線跟全局光照基于圖像照明/日光遮擋造散焦光子映光子映射+最終采集照????光子漫射光子漫射半徑搜索光子漫射半徑搜索光子漫射半徑光子漫射半徑搜索光子漫射半徑搜索漫射半徑（Diff.Radius）控制匹配大小。當(dāng)漫射半徑降低，光子映射將更精如果提高搜索值(search)，將平滑化光子映射。這似乎反映為低頻噪點(diǎn)，原因在于段區(qū)域沒有足夠數(shù)目的光子。這些區(qū)域內(nèi)的混合受到漫射半徑的限光子漫射半 光子漫射半 搜索概括而言提高光子發(fā)射數(shù)目，總是能夠提高光子映射的質(zhì)量，但是增加渲染時(shí)漫搜索（Diff.Search）和光子發(fā)射成反比。漫射半徑（Diff.Radius）越小，精度越高。如“搜索”沒有足夠多的光子去混合(相關(guān)性），就增加光子發(fā)射的數(shù)如果檢測(cè)到有的匹配受到漫射半徑（低頻噪點(diǎn)）的限制，為增加相關(guān)性提高搜索值，光子數(shù)目應(yīng)提相關(guān)性（Coherence，大小和亮度），比細(xì)節(jié)更重匹配會(huì)產(chǎn)生不同的大小，平均不同的結(jié)果。大匹配相關(guān)性受到漫射半徑限制，靠近窗戶的一些的相關(guān)性匹配受到搜索限這是一個(gè)光子流優(yōu)化的問一個(gè)好的光子映射一個(gè)好的光子映射渲染相鄰匹配的相關(guān)亮度和相似匹配無黑制作一幅出色的“印象派繪畫”風(fēng)格光子深度=不要使光子深度=不要使用過度的光子深度造成光子映過曝。正確曝光應(yīng)當(dāng)在渲染中產(chǎn)生優(yōu)美的接光照明對(duì)比.過曝的效果將產(chǎn)生間接光很“平”的果，這對(duì)FG過有影響.根據(jù)場(chǎng)景設(shè)置光子深直接照路徑跟光子映區(qū)別于“全局”光子映射之處:直接照路徑跟光子映區(qū)別于“全局”光子映射之處:它需要高分辨率光子映對(duì)光流的高度優(yōu)使用自己的插值在射光下表現(xiàn)最折射散焦效果，設(shè)計(jì)者M(jìn)arco未來發(fā)展：光子燈，更靈激活“散焦光一個(gè)散焦光子發(fā)射器，可以是任何光激活“散焦光一個(gè)散焦光子發(fā)射器，可以是任何光線IBL或Sunsky.射燈下工作最執(zhí)行反射或折射任務(wù)的材光涂層光閃亮漫射鏡閃亮漫射菲涅爾鏡不同折射率的玻足夠的散焦深度以獲得折射、反射效采集光子終端的一個(gè)漫反射表區(qū)?除了射光，其它光線類型也會(huì)出現(xiàn)這類問題，比如點(diǎn)光、方向光、太陽(yáng)光、球光、網(wǎng)格光和HDR背景?100.000光子5.000.000搜索搜索100.000光子5.000.000搜索搜索散焦參數(shù)的使用很像全局光子映射:光子越多，質(zhì)量越好，渲染時(shí)間越半徑越低，細(xì)節(jié)和精度越高，但是光子數(shù)目應(yīng)該提高以便搜索參數(shù)可以由光子提供以混如果搜索提高，散焦光子映射更平滑。如果檢測(cè)到某些區(qū)域出現(xiàn)半徑限制的噪點(diǎn)radius-noise），則應(yīng)該提高光子數(shù)吸折吸折半透明半透半透明半透明菲涅爾折鏡菲涅爾折鏡面高光反反高折材，蠟，紙張，木材，...）電反高折材，蠟，紙張，木材，...）電子導(dǎo)各向異性反透明各向異性反透明陰YafaRayYafaray使用節(jié)YafaRayYafaray使用節(jié)點(diǎn)式材質(zhì)和貼圖系統(tǒng),當(dāng)前的集成尚未展示其真正特性和潛三種基本材質(zhì)類型：閃亮漫射,玻璃和光澤表一個(gè)混合節(jié)點(diǎn)混合不同材質(zhì)的屬支持多數(shù)Blender貼圖功能，包括特定程序模式閃亮漫射材ShinyDiffuse射（Diffuse鏡面（閃亮漫射材ShinyDiffuse射（Diffuse鏡面（Mirror2D漫反射材質(zhì)如混凝土，水泥，石膏，紙張，布匹，鐵ShinyDiffuseMaterialOren蘭伯特模ShinyDiffuseMaterialOren蘭伯特模型（Lambert），是一種基礎(chǔ)漫射模型.奧倫-納亞爾模型（OrenNayar），物理上基于微表亞爾模型在粗糙表面處理漫反射比蘭伯特更準(zhǔn)西格瑪值）光澤材質(zhì)Glossy光澤反射（glossy光澤材質(zhì)Glossy光澤反射（glossyreflection），意味著面微小的隨機(jī)的凹凸產(chǎn)生陰影模指數(shù)（Exponent）制光澤反射的模糊，指數(shù)越高，反射感覺越是銳木材，皮革，有機(jī)材球形、網(wǎng)格，背景記住反光顏色是白色（inmaterials‘Asdiffuse’選項(xiàng)渲染速度快，但是精低于光子映射(動(dòng)畫中反射抖動(dòng)GlossyMaterial:Anisotropic比較GlossyMaterial:Anisotropic比較反射各向異性和各向同各向異性意味著在表面處理中纖維或劃痕使反射僅重復(fù)小的特征，沿某軸線模糊和拉金屬拋光和大部分人類加工的物體表面都有某種各向異性的反射表現(xiàn)。這些反射物體呈現(xiàn)各向同性各向異性反射的混合（混合材料在各向異性模式，指數(shù)被分為水平數(shù)值和垂直數(shù)值。通過提供不同的數(shù)值，我們沿軸線拉伸反射這些數(shù)值沿UV坐標(biāo)被映射在物體上(HorizontalExp=U/VerticalExp=CoatedGlossy反光CoatedGlossy反光涂層，是在表面頂層有一個(gè)透明涂折射率（IOR），控制表面涂層的反性反射和折射由折射率（IOR）控制玻璃材質(zhì)Glass陰影是假參吸收（Absorption過濾器顏色（color折射)色散（Dispersion過濾器顏色和假陰折射Blend種YafaRayBlend種YafaRay混合數(shù)值（Blendvalue）控制每種材質(zhì)在基本概念漫基本概念漫反射和高光部分的總和是反射光(輻射漫反射顏色和漫發(fā)射數(shù)高光顏色和高光反射數(shù)高光鏡面反射中的采樣噪點(diǎn).光澤材質(zhì)（Glossymaterial）的Asdiffuse”渲染透明RenderingReflectiveMedium渲染透明RenderingReflectiveMediumFotonssource原PrimariyRefractive這真是無關(guān)概念的一鍋“餛飩”湯??！折射index目標(biāo)：目標(biāo)：確定光線行為，探索中渲染透明玻璃時(shí)的不同情況3D3D眼睛鋸齒Ferrari鋸齒Ferrari612por可見區(qū)幾何高對(duì)比強(qiáng)高可見區(qū)幾何高對(duì)比強(qiáng)高細(xì)節(jié)濃縮程度（映射和幾何體,散焦，可見背在計(jì)算圖形中，一個(gè)像素作為一個(gè)信號(hào)在計(jì)算圖形中，一個(gè)像素作為一個(gè)信號(hào)處理，而一塊區(qū)域。例如，無線電信號(hào)被抗鋸齒技術(shù)處理.AA是抗鋸齒（Anti-aliasing）的英文簡(jiǎn)抗鋸齒的目標(biāo)：從有限采樣中重構(gòu)連續(xù)的圖像(YafaRay使用低差異采樣（low-sampling，低差異采樣把鋸齒轉(zhuǎn)換為噪點(diǎn)，而人眼對(duì)于噪點(diǎn)少一些敏感抗鋸齒的對(duì)象并不統(tǒng)一，有多種類型（高對(duì)比度細(xì)節(jié)濃度某些高對(duì)比度產(chǎn)生的鋸齒不能通過提高AA采樣量解決。改變燈光和材質(zhì)設(shè)置，使用鉗制RGB色曲線或更高分辨率解AA采樣需要的數(shù)量對(duì)于整個(gè)圖像并AA采樣需要的數(shù)量對(duì)于整個(gè)圖像并不統(tǒng)一，取決抗鋸齒類型(幾何體，高對(duì)比度,細(xì)節(jié)濃Adaptive想法：如果我們能夠確認(rèn)需要更多抗鋸齒的圖像域，我們就能對(duì)那些區(qū)域進(jìn)行附加采樣，而不是需要全體采閾值（AAThresold），基于相鄰像素的差異，確定在隨后通行的子采樣的像素。新的采樣被加進(jìn)已有的樣本實(shí)踐中確定一個(gè)正確的AA閾值并不容易，某些要更多采樣的區(qū)域可能錯(cuò)自適應(yīng)采樣用于原始的抗鋸齒表現(xiàn)出色，強(qiáng)力抗齒也許在最復(fù)雜的案例中才需抗鋸齒策AApasses=抗鋸齒策AApasses=AAsamples=渲染時(shí)間=秒Note:whenAApasses=1,AAincsamplesyAAThresoldareAApasses=AAsamples=1perpassAAThresold=0,005渲染時(shí)間=50找到正確的AA閾值是關(guān)鍵。這幅圖使用了較少的時(shí)間，得到較好的抗鋸過濾器是用來確定每個(gè)像素附近的過濾器是用來確定每個(gè)像素附近的多個(gè)樣本，如何混合在一起計(jì)算最終的像素高斯（Gauss米切爾（Mitchel盒型（Box盒型濾波器Box）:同等重視所有樣本?？焖俚幚砟承╊愋偷脑朦c(diǎn)效率不高，產(chǎn)生后期鋸齒（post-aliasing高斯濾波器）:給出較好的效果。通常會(huì)導(dǎo)致最終圖像輕微的模糊，但這種模糊可以幫助遮蓋剩余的圖像鋸米切爾晰奈特拉瓦利 Mitchel- ）:產(chǎn)生良好的效果。提高了邊緣的2.5AA491.52.5AA491.5AA54,82抗鋸齒像素寬度（AAPixelwidth）控制重構(gòu)濾波.窄濾波器產(chǎn)生更銳利的推薦值1.5GI（GI（FGAA（基礎(chǔ)與自適應(yīng)）AAAA采樣未來發(fā)展