计算机图形学入门XV

Advanced Topics in Rendering

本节为拓展内容

一、 Advanced Light Transport

  1. Unbiased light transport methods
    • Bidirectional path tracing(BDPT)
    • Metropolis light transport(MLT)
  2. Biased light transport methods
    • Photon mapping
    • Vertex connection and merging(VCM)
  3. BDPT(双向路径追踪)：从摄像机和灯光追踪子路径连接两个子路径的端点
    • 适用于光线传输复杂的情况下
    • 相当耗时很难实现
  4. MLT：马尔科夫链(Markov Chain)蒙特卡洛应用，即根据当前样本生成与它靠近的下一个样本
    • 适用于局部探索复杂光路
    • 局部干扰现有路径以获得新路径
    • 难以估计的收敛速度，不能保证每个像素的收敛速度相等，所以通常会产生比较“脏”的结果。因此，通常不用于渲染动画。


5. Photon Mapping：非常擅长处理扩散光谱(Specular-Diffuse-Specular SDS)路径和产生焦散(Caustics)

  • Stage 1 - photon tracing
    从光源发射光子，按照常规思路反射，直到遇到漫反射表面记录光子(光子停在接触漫反射表面的点)
  • Stage 2 - photon collection
    从摄像机开始射出子路径，同光子的反射，直到遇到漫反射表面
  • Calculation - local density estimation
    显而易见有光子的区域应该更亮，越集中越亮。对于某一点，取其周围最近的N个光子，计算其占据的面积S。计算其密度即N/S
  1. Photon Mapping是有偏估计：只有当所取的区域无限小的时候才能得到真实值。
  2. Vertex Connectiong and Merging(VCM)：实际上就是BDPT和Photon Mapping的结合体
  3. Instant Radiosity：(IR)
    • 也被成为多光源方法
    • 照明表面可以视作光源(已经被照亮的面可以看做是光源去照亮其他地方)
    • 方法：
      • 拍摄光子路径，并假设每个子路径的终点是虚拟光点(VPL)
      • 像平常一样使用这些VPL渲染场景
    • 优点：速度快，通常在漫反射场景应用效果较好
    • 缺点：当VPL极其接近的时候会出现光强激增的现象(相当于除了一个接近于0的值)；无法处理光滑材料

二、Advanced Appearance Modeling

  1. Non-Surface Modeling
    1. Participating media(参与介质)：在任何一点当光通过一个参与介质，它可以部分吸收和散射光线
    2. Phase Function(相位函数)：用相位函数描述参与介质中任意点的光散射角分布
  2. Hair Appearance：将头发看做一个玻璃柱，则光线有三种反射情况，首先是光线直接在表面被反射(R)，其次光线穿入后又穿出(TT)，最后是光线穿入后在内壁反射出来(TRT)
  3. Fur Appearance：类似人类的头发但又有区别

    可以看到动物皮毛比人类头发多了中心的一层髓质(Medulla)，因此引入Double Cylinder Model(双层圆柱模型)来模拟髓质
  4. Granular Material：颗粒材质，例如砂砾等
  5. Surface Modeling
    • Subsurface Scattering(次表面反射)：相当于是对BRDF的延伸，既要对面积进行积分又要对光线的方向进行积分
  6. Cloth(布料)：Fibers(纤维)缠绕成Ply(股)，股缠绕成Yarn(线)
  7. Wave optics(波动光学)：劝退警告
  8. Procedural Appearance：在贴图中加入噪声函数以获得更真实的效果
(下接 计算机图形学入门XVI)
计算机图形学
#CG #数学
计算机图形学入门XV
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作者
白发败犬
发布于
2021年4月28日
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