现代图形学入门-18课 高级光线传播
目录
门特德的无偏和有偏计算
双路径追踪
光子映射MLT
外观建模
非表面模型
Phase函数
KKM模型
Marschner Model改善头发渲染
颗粒模型-非表面模型
半透明材质-次表面散射
布料
法线贴图
门特德的无偏和有偏计算
- 无偏是无论采用多个样本量，门特德值都是指向正数。采用无数的样本量。否侧，就是有偏，无数的样本量会收敛到正值。
双路径追踪
- 双路径追踪：入射光线和摄像机观察向量入射和反射，最后把它们连接起来，形成完整的路径。
- BDPT双线路径追踪（右图）效果明显好过单项路径追踪（左图），在这个情况之下，单向的路径追踪很多是多次的间接光照。如果是BDPT双线路径，从站立灯发出光线和摄像机发出观察向量，最后把它们连接起来，形成的完整的路径，相对计算量会小一些，效果也比较好。不过，有个问题，BDPT运行会慢，因为比较难找到它们的连线。
光子映射MLT
- 解决上面的计算量多的问题，马尔可夫列MLT基本思想是通过一个样本产生更多的样本。通过一个光线来推出附近的光线，直到找到局部范围光线。这幅图展示一个光线路径的变化之后，出现新的路径，但它们开始和结束位置一样。
- MLT适合用在复杂的路径传播上。
- MLT缺点也是比较明显，局部的光线推测出来时间不同，形成的图形有些已经渲染好，一些还没有渲染出来，如图下金属的白色点。这个用在动画上，可能出现上一帧和下一帧画面某个点差别巨大。
- 这个图片展示Caustics光线通过折射形成的强光投射在地面上，这个路径符合Specular-Differ-Specular（SSS），复杂的传播路径。可以用光子映射Photon Mapping来演示。
- 有偏差渲染
- 光子映射先从光源出发，折射或是反射到diffuse上绘制出来之后，光子就停在那里，这个可以直到光子在哪里。
- 其次，从摄像机出发，打出各个方向观察路径，这个观察路径也是遇到diffuse停下。再把光子和观察路径连接起来。
- 这个是在上面的基础上，做局部的光子密度估计=光子的数量/光子所占的面积。
- 光子数量无限多的时候，它在局部的面积形成更多的光子，这些就是dA。而如果数量有限，图片显得模糊一些。
- 总结：有偏是因为照片有模糊，这个算是有偏。图片没有模糊是无偏。一致性是增加样本量，渲染出来图片不模糊。
- 双路径跟踪是光线和观察路径连接起来形成。光子映射是处理局部的光子。
- IR以一个主要的光源投射出不同的虚拟子光源，这些虚拟子光源对某个点进行照亮，反射到摄像机里面。可以模拟多次的反射的效果。
- IR可以快速的得到一个画面的效果，但它是基于多个的虚拟光源的照射某个点，像局部光子照射一样，由于两个点非常的接近，就出现下面的右边的图片的极亮的情况。
- 局限是IR不能做镜面反射的物体。
外观建模
- 非表面模型（粒子）、曲面模型（衣服）、程序模型
非表面模型
- 就像云、雾等这样的物体。它不是在物体的表面上。
- 解释上面的效果是因为光线发生的反射和折射。
Phase函数
- Phase函数决定光线是如何散射的。
- 以不同的反弹的方向，和光源相连，路径进行计算。
- 这类型的材质着色不是作用在物体的表面上。
- 解释上面的效果是因为光线发生的反射和折射。
KKM模型
- 头发模型的路径着色，被头发散射在各个角度上。
- 按照上面的反射路径来，得到下面的效果，这类的效果像phong，不太真实。
Marschner Model改善头发渲染
- Marschner Model 模型是光线在头发丝折射出来TT路径，以及在头发丝里面折射之后，再反射出微表面TRT，R是直接反射。这个可以理解为在玻璃柱传播。
- MM效果展示比较好，头发颜色和头发的折射数值比较合理。
- 动物毛发和人类的毛发是不太一样的。这个从生物学的角度来研究，动物的中间水质相对比较大，而人毛发水柱相对少，水柱越大，它越容易反射。
- 不同毛发水柱渲染的效果图。
- 毛发丝有了水柱之前和之后的效果展示。
- 光线在头发丝的传播的路径。
- 双圆柱模型发丝渲染的电影
颗粒模型-非表面模型
半透明材质-次表面散射
- 这类材质在材质内部发生多次散射，再反射出去。
- 在BRDF基础上，计算反射出去的点在哪里f（A）和有哪些反射光线经过这个点F（H2）。
- 次表面散射结果是物体里面有一个光源，物体表面还有一个光源。
- BRDF和BSSRDF散射效果。
布料
- 布料由不同的纤维缠绕一起的。
- 不同的缠绕形成不同效果表现。
- 布料渲染通过划分空间的格子，可以直到这些纤维朝向和分布，再转为吸收光线和反射光线。
- 不同的缠绕形成不同效果表现。
- 物体微表面的法线和菲尼尔能量、自遮挡自投影G（i，o，h）等，这部分在17节课展示。
- 渲染的时间比较久。
- 有些光的路径不在摄像机上面，第二幅图以像素来包含局部微表面反射的出来光线。
- 一像素覆盖图形的范围如果比较大，显示图形模糊的。如果像素覆盖相对较小，得到不规则的形状，这个图形有特点。
- 法线贴图展示出来不同图形。
法线贴图
- 海水的效果
- 波动光学
- 程序化生成-定义一个函数，生成一系列的纹理贴图。
- 这个车生锈也是通过噪声随机做成的，如有某个点位置（xyz）是噪声，那展示出来，不然就显示车的颜色。
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