文章目录

1 概述
- 1.1 什么是全局光照（GI）？
- 1.2 光照模型处理间接光照的方法
- 1.3 实时全局光照的思想
2 GI的主要问题
3 方法一：Reflective Shadow Maps（RSM）
- 3.1 使用shadow map来寻找能被直接照亮的点
- 3.2 对直接照亮的patch进行积分计算着色点p的contribution
- 3.3 RSM的问题：处理每个像素的Visibility 、Orientation、Distance
- - 3.3.1 Acceleration 加速方法
  - - 那么如何知道哪些光源比较近？
  - 3.3.2 RSM中需要存储：Depth、world coordinates、normal、flux。
- 3.4 RSM的优点和缺点

1 概述

1.1 什么是全局光照（GI）？

全局光照 = 直接光照 + 间接光照，GI非常重要，但是很复杂，但如果只有考虑直接光照，很多地方都是黑的，减少了渲染的真实感。

1.2 光照模型处理间接光照的方法

Bling-Phone模型处理间接光照的方法：假设接收各个点的间接光照都是相同的，分解为环境光项。

1.3 实时全局光照的思想

实时渲染中，通常只考虑一次间接光照，把一切被直接光照照亮的物体称为次级光源。

2 GI的主要问题

需要知道什么来计算着色点p的间接光照？

主要有两项：

哪些surface patches能被直接照亮？
每一个surface path对着色点p的贡献是多少？

3 方法一：Reflective Shadow Maps（RSM）

在游戏中常常用来做手电筒(flashlights)的效果。

3.1 使用shadow map来寻找能被直接照亮的点

思想：将每一个shadow map上的像素当成次级光源。

问题：需要知道每个像素位置每个出射方向的radiance，但实际上只能知道到相机的方向。

假设：所有的反射物都是diffuse的（不要求点p是diffuse的），因此点p的所有出射方向是相同的。

3.2 对直接照亮的patch进行积分计算着色点p的contribution

L o ( p , ω o ) = ∫ Ω p a t c h L i ( p , ω i ) V ( p , ω i ) f r ( p , ω i , ω o ) cos ⁡ θ i d ω i = ∫ A p a t c h L i ( q → p ) V ( p , ω i ) f r ( p , q → p , ω o ) cos ⁡ θ p cos ⁡ θ q ∥ q − p ∥ 2 d A \begin{aligned} L_o\left(\mathrm{p}, \omega_o\right) &=\int_{\Omega_{\mathrm{patch}}} L_i\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) V\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) f_r\left(\mathrm{p}, \omega_i, \omega_o\right) \cos \theta_i \mathrm{~d} \omega_i \\ &=\int_{A_{\mathrm{patch}}} L_i(\mathrm{q} \rightarrow \mathrm{p}) V\left(\mathrm{p}, \omega_i\right) f_r\left(\mathrm{p}, \mathrm{q} \rightarrow \mathrm{p}, \omega_o\right) \frac{\cos \theta_p \cos \theta_q}{\|q-p\|^2} \mathrm{~d} A \end{aligned} Lo(p,ωo)=∫ΩpatchLi(p,ωi)V(p,ωi)fr(p,ωi,ωo)cosθi dωi=∫ApatchLi(q→p)V(p,ωi)fr(p,q→p,ωo)∥q−p∥2cosθpcosθq dA

由于假设平面是漫反射的，所以上式中，

f r = ρ π f_r=\frac{\rho}{\pi} fr=πρ
L i = f r ⋅ Φ d A L_i=f_r·\frac{\Phi}{dA} Li=fr⋅dAΦ
因此上式可以写为 E p ( x , n ) = Φ p max ⁡ { 0 , ⟨ n p ∣ x − x p ⟩ } max ⁡ { 0 , ⟨ n ∣ x p − x ⟩ } ∥ x − x p ∥ 4 E_p(x, n)=\Phi_p \frac{\max \left\{0,\left\langle n_p \mid x-x_p\right\rangle\right\} \max \left\{0,\left\langle n \mid x_p-x\right\rangle\right\}}{\left\|x-x_p\right\|^{4}} Ep(x,n)=Φp∥x−xp∥4max{0,⟨np∣x−xp⟩}max{0,⟨n∣xp−x⟩}

3.3 RSM的问题：处理每个像素的Visibility 、Orientation、Distance

Visibility很难获取，因此干脆就不做处理。
Orientation、Distance等占用空间比较大，因此要想办法减少存储量。

3.3.1 Acceleration 加速方法

理论上，所有shadow map中的像素都对p有贡献，但是只要取离得比较近的次级光源就可以了。
或者使用某种采样算法来减少采样点。

那么如何知道哪些光源比较近？

假设shadow map上离得比较近的点在世界坐标上也比较近。

3.3.2 RSM中需要存储：Depth、world coordinates、normal、flux。

3.4 RSM的优点和缺点

优点：容易实现（Shadow Map）。

缺点：

有多少直接光源就做多少shadow map。
不能计算反射物到shading point的visibility。
做了很多大胆的假设：diffuse reflectors, depth as distance.
需要在采样率和质量之间进行trade off.

实时全局光照（Real-time Global Illumination）与Reflective Shadow Maps（RSM）相关推荐

全局光照技术解析Global Illumination Explained
解析全局光照Global Illumination Explained 前言:Global Illumination全局光照技术是实时渲染的必然发展方向.我参考了一些研究成果,琢磨了一下,让更多的人可 ...
Godot 4.0中的基于有向距离场SDF（Signed Distance Field）的实时全局光照技术
原文地址 Godot官网 <Godot 4.0 gets SDF based real-time global illumination> 作者 Juan Linietsky 6月28日 ...
Lumen为《堡垒之夜：大逃杀》第四章带来实时全局光照
Lumen为<堡垒之夜:大逃杀>第四章带来实时全局光照 - Unreal Engine 图像部门工程研究员Daniel Wright和图像部门技术总监Krzysztof Narkowicz ...
王世安计算机仿真工作室,运用实时全局光照打造灯光模拟仿真软件
运用实时全局光照打造灯光模拟仿真软件查雁南(广州工程技术职业学院王世安计算机仿真工作室,广东广州 510075)[摘要]摘要:VR开发引擎借助于VR在娱乐行业的迅猛发展变得更加高端和智能化.新的VR ...
使用预计算实时全局光照优化照明-教程目录
本文地址:https://blog.csdn.net/t163361/article/details/123858265 最近准备申请新星创作者,需要2000个粉丝关注,觉得文章有用的,请点一下左侧边 ...
全局光照算法：reflective shadow maps
1. 技术理解 RSM的全称是reflective shadow maps,受到Instant Radiosity这个离线技术的启发,其思想和ShadowMap的思想近似.在正式介绍和了解这个技术之前 ...
实时全局光照RSM-Reflective Shadow Maps(RSM)
全局光照介绍现实世界光处于线性空间,光照效果是可以叠加的,最终的光照结果 = 直接光照 + 间接光照,结果也被称为全局光照(Global illumination).与之对比的是局部光照--仅考虑直 ...
使用预计算实时全局光照优化照明-微调光照贴图参数
本文地址:https://blog.csdn.net/t163361/article/details/124107784 翻译说明: 教程翻译主要用谷歌翻译后,对特别不通顺的地方进行了微调.同时针对一 ...
Unity官方图形教程学习笔记（二） -- Precomputed Realtime GI（实时全局光照）
原文链接:https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/s/graphics 1 介绍当使用Baked GI的时候,会在预计算阶段,离线创建一张lightmap纹理贴 ...

实时全局光照（Real-time Global Illumination）与Reflective Shadow Maps（RSM）